La Teoria della Calcolabilità nelle scuole secondarie di secondo grado: una proposta didattica

Nonostante l'utilizzo di strumenti informatici nella pratica didattica della matematica sia ormai ampiamente diffuso, l'insegnamento dei principi matematici dell'informatica è preso meno in considerazione anche a causa dei pochi punti di contatto nelle "Indicazioni Nazionali" tra le due materie, matematica e informatica, che sono invece intimamente correlate. Questa tesi descrive una attività didattica incentrata sul concetto di calcolabilità e computabilità e basata sul noto formalismo delle Macchine di Turing. É nostra opinione che coinvolgere gli studenti in tali tipologie di attività possa stimolare oltre all'apprendimento di competenze disciplinari, anche lo sviluppo di importanti competenze trasversali, in primis, il problem solving. L’attività proposta nella tesi è stata realizzata in una classe terza di un istituto tecnico economico dove, a seguito di una spiegazione dell’argomento, sono stati svolti due esercizi di gruppo, utilizzando il software \emph{Turing Machine Visualization}, che permette agli studenti e al docente di avere un supporto visuale al dialogo. Al termine dell’attività didattica è stato somministrato agli studenti un questionario che ha permesso di valutare le competenze acquisite da due prospettive distinte: soggettiva e oggettiva. I risultati del questionario sono ampliamente analizzati e discussi nella tesi.

Caratterizzazione della pericolosità alluvionale nelle aree di pianura attraverso l'analisi di indici morfometrici

la gestione ottimale del rischio alluvionale è un ambito di ricerca di grande rilevanza a livello nazionale e internazionale. Con riferimento alle alluvioni, infatti, sono state proposte in letteratura diverse tecniche innovative per la previsione e la mitigazione del rischio alluvionale. Tra di esse spiccano le tecniche speditive di mappatura della pericolosità idraulica ottenute attraverso l'utilizzo di descrittori geomorfici. Detti approcci derivano descrittori morfologici analizzando modelli digitali delle quote del terreno (DEM) ed in base ad essi forniscono una mappatura di pericolosità idraulica da alluvione. Che gioco svolge la risoluzione del DEM di partenza sull'accuratezza dei prodotti finali? La combinazione di DEM a diversa risoluzione migliora le prestazioni dei singoli dataset? Il lavoro di Tesi analizza l'importanza della risoluzione del DEM di partenza sull'accuratezza delle mappature conseguibili, utilizzando come riferimento l'area del bacino del Samoggia con chiusura a Calcara. I risultati ottenuti mostrano come: (a) le caratteristiche dei descrittori geomorfici considerati sembrano essere influenzate significativamente da quelle del DEM utilizzato come dato in ingresso e (b) DEM ad elevata risoluzione portino ad un aumento nell'accuratezza della mappatura di pericolosità.

Progettazione e realizzazione di un database mediante software open source per l'analisi della mobilità e dell'accessibilità di Bologna

L'elaborato tratta la progettazione e la costruzione di un database, mediante l'utilizzo di un Database Management System (DBMS), correlato a una interfaccia GIS, con l'obiettivo di ottenere una panoramica del sistema della mobilità del Comune di Bologna. I software che si utilizzano sono QGIS e PostgreSQL, entrambi open source. Si descrive nel dettaglio la fase di raccolta e selezione dei file da inserire nel database, riguardanti la mobilità, i trasporti e le infrastrutture viarie, la maggior parte dei quali provenienti dagli uffici del Comune di Bologna. In seguito si mostra la fase di realizzazione del database e si effettuano interrogazioni sui dati inseriti, per ottenere nuove informazioni che descrivono la mobilità e l'accessibilità urbana. L'analisi della tesi si focalizza verso la valutazione dell'accessibilità alle modalità sostenibili, quali trasporto pubblico e modalità non motorizzate (mobilità ciclistica e pedonale). In questo modo si crea uno strumento per individuare punti di forza e criticità del sistema della mobilità.

Il latte di cammello: composizione e poteziali prodotti alimentari

I cammelli sono tipicamente allevati in paesi con vaste aree desertiche e possono essere impiegati per diversi scopi, tra i quali la produzione di latte, carne, lana, utilizzati nel trasporto, nella corsa, nel turismo, in lavori agricoli o nel mercato della cosmesi. Per quanto riguarda la produzione di latte di cammello, i paesi africani rappresentano circa il 90% dell'intera produzione mondiale, seguiti dai paesi Asiatici. Il latte di cammello (LC), in termini di valori nutritivi, è superiore al latte bovino e piuttosto vicino al latte umano, esso contiene, infatti, alte concentrazioni di composti bioattivi essenziali per la salute umana. Tuttavia, i prodotti alimentari ottenuti dal LC sono ancora molto limitati rispetto a quelli di latte bovino, nonostante essi apportino numerosi benefici sia nutrizionali che per la salute. Le differenze nella composizione, rispetto al latte vaccino, rendono i processi di produzione dei prodotti a base di latte bovino inadatti alla produzione di derivati a base di latte di cammello. Pertanto, una comprensione completa della composizione, dei composti bioattivi e della stabilità al calore è essenziale per preservarne il valore nutritivo intrinseco, ottenendo nel contempo le caratteristiche desiderabili nei prodotti finali. L'attuale utilizzo di LC è molto al di sotto del suo potenziale, questo perché la produzione di prodotti alimentari è molto impegnativa e presenta molti elementi critici. Questa relazione, si concentrerà sulla descrizione della possibile produzione di prodotti alimentari derivati da LC, compreso latte pastorizzato/sterilizzato, agente schiumogeno, polvere, gelato, formaggio, burro e yogurt. Considerando le difficoltà e le conoscenze necessarie per la produzione di prodotti di LC, verranno analizzate le sue proprietà intrinseche: la composizione, il suo valore nutritivo, le funzionalità e la stabilità durante il trattamento termico.

Generazione automatica di una knowledge base con applicazione ai Sustainable Development Goals

Questa tesi di laurea compie uno studio sull’ utilizzo di tecniche di web crawling, web scraping e Natural Language Processing per costruire automaticamente un dataset di documenti e una knowledge base di coppie verbo-oggetto utilizzabile per la classificazione di testi. Dopo una breve introduzione sulle tecniche utilizzate verrà presentato il metodo di generazione, prima in forma teorica e generalizzabile a qualunque classificazione basata su un insieme di argomenti, e poi in modo specifico attraverso un caso di studio: il software SDG Detector. In particolare quest ultimo riguarda l’applicazione pratica del metodo esposto per costruire una raccolta di informazioni utili alla classificazione di documenti in base alla presenza di uno o più Sustainable Development Goals. La parte relativa alla classificazione è curata dal co-autore di questa applicazione, la presente invece si concentra su un’analisi di correttezza e performance basata sull’espansione del dataset e della derivante base di conoscenza.

Valutazione degli impatti ambientali relativi alla valorizzazione delle sanse di oliva in una prospettiva di ciclo di vita

Nel presente elaborato di tesi la metodologia Life Cycle Assessment (che in accordo con le norme ISO 14040-44 permette di quantificare i potenziali impatti sull’ambiente associati ad un bene o servizio lungo tutto il suo ciclo di vita) è applicata a processi appartenenti al settore agro-industriale, con particolare riguardo alla valorizzazione dei coprodotti della filiera olivicola olearia. Nello specifico vengono descritti i risultati di un’analisi del ciclo di vita condotta sul processo di valorizzazione delle sanse di oliva operata dalla Società Agricola A.R.T.E, che ha sede in Puglia. In questo processo, la sansa di olive è trattata mediante digestione anaerobica che permette la produzione di energia elettrica e di un digestato, stabilizzato e utilizzato come ammendante. Il processo analizzato si pone in alternativa sia al metodo di produzione che dà origine a sanse trifasiche, sia allo spandimento delle sanse su suolo agricolo, confrontati in termini di impronta di carbonio. Inoltre nello studio sono state confrontate diverse tecnologie di upgrading di biogas a biometano per valutare quale risulta essere ambientalmente preferibile e potenzialmente installabile nell’azienda A.R.T.E. Il sistema analizzato risulta un'alternativa complessivamente preferibile, da un punto di vista ambientale, sia al metodo di produzione che dà origine a sanse trifasiche, sia allo spandimento delle sanse su suolo agricolo. Il credito ambientale conseguibile mediante il recupero energetico dal biogas prodotto dalla digestione anaerobica delle sanse bifasiche e la produzione di un digestato stabile permettono un beneficio ambientale che controbilancia l’emissione di CO2 attribuibile all’intero sistema. Inoltre lo studio ha permesso una stima di quale tecnologia di raffinazione del biogas a biometano sia potenzialmente installabile nell’azienda A.R.T.E. I risultati mostrano che la tecnologia separazione a membrana risulta meno impattante rispetto alle altre tecnologie di upgrading.

"Assisted factorial experimental design" per l'ottimizzazione della determinazione di benzene ematico in gc-fid

La quantificazione del benzene ematico è un tema di grande interesse nell'ambito della tossicologia occupazionale. La determinazione dell'analita, estratto nello spazio di testa di un vial, è eseguita mediante l'utilizzo di un gascromatografo con rilevatore a ionizzazione di fiamma (GC-FID). Si è cercato di ottimizzare il processo di estrazione del benzene dal sangue allo spazio di testa ed il successivo trasferimento dell'analita nella colonna cromatografica, mediante l'applicazione di un disegno sperimentale fattoriale a tre fattori e due livelli (DoE). I fattori individuati per impostare il piano sperimentale sono stati: variazione della temperatura di incubazione (A) del vial contenente il campione di sangue, pH del campione (B), modulato mediante aggiunta di una soluzione di H2SO4 e forza ionica (C), regolata mediante una soluzione acquosa di NaCl. I livelli scelti per ciascuna variabile sono stati: per A 40 e 60 °C; per B pH naturale del campione e pH a seguito dell'aggiunta di 1 mL di H2SO4 1.8 M; per C FI naturale del campione e FI dovuta all'aggiunta di una soluzione acquosa di sodio cloruro (5 g/L). Dall'analisi dei risultati forniti dal DoE, si è osservato che A, B e C hanno effetti tra loro contrastanti, per questo motivo non sembra essere vantaggioso combinare variabili differenti. In compenso, sia l'aumento di temperatura che l'aggiunta di acido solforico portano a significativi miglioramenti nell'estrazione di benzene dal sangue. Tra i tre trattamenti risulta essere B quello più efficace, motivo per il quale si ritiene che l'aggiunta di una soluzione acquosa di H2SO4 al campione di sangue porti ad una maggiore sensibilità e risoluzione strumentale. Sicuramente la sensibilità del metodo elaborato non può essere paragonata alle tradizionali determinazioni con spettrometro di massa, ma si ritiene possa essere sufficientemente soddisfacente per valutare l'esposizione a benzene dei lavoratori a rischio e come analisi di screening rapida ed economica.

Studio delle prestazioni di un sistema per il sensing basato sulla modulazione OTFS

Questo elaborato tratta lo studio e l'implementazione della modulazione Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) in sistemi di tipo Joint Sensing and Communication (JSC), ossia sistemi in cui le funzionalità di comunicazione e "sensing" condividono lo stesso hardware e la stessa banda di frequenze. La modulazione OTFS è una recente tecnica di modulazione bidimensionale, progettata nel dominio delay-Doppler, che sta riscuotendo particolare interesse nel panorama delle telecomunicazioni in quanto portatrice di alcuni importanti vantaggi nei sistemi delle reti cellulari. Rispetto alle moderne modulazioni multi-portante, come l'OFDM, l'OTFS si dimostra essere in grado di offrire prestazioni migliori e più robuste in condizioni di connessioni ad alta velocità (High Mobility), con una maggiore efficienza spettrale, in quanto non prevede l'utilizzo di un prefisso ciclico per la gestione del problema dell'ISI. Un altro punto di forza importante della modulazione OTFS è quello di risultare particolarmente adatta e compatibile con le applicazioni di JSC, soprattutto grazie all'estrema robustezza a grandi spostamenti Doppler, e la possibilità di fare "sensing" raggiungendo distanze decisamente maggiori rispetto all'OFDM, grazie all'assenza del prefisso ciclico. Tutto questo però viene al costo di un notevole incremento del sistema, con tempi di esecuzione molto elevati. Dopo aver presentato il sistema OTFS in generale e in ambito JSC, in un particolare scenario, lo si è implementando in MATLAB sviluppando due versioni: una standard e una a complessità ridotta, in grado di raggiungere risoluzioni molto elevate in tempi di calcolo contenuti. Infine questo sistema, in grado di stimare i parametri radar di distanza e velocità radiale relativa, associati ad un certo target, è stato simulato e i risultati relativi alle performance sulla stima dei parametri, in termini di RMSE e CRLB, sono stati riportati e posti a confronto con quelli ottenuti nel caso OFDM, a parità di scenario.

Prototipazione FPGA di sottosistemi integrati per power management basati su ISA RISC-V

Fino a 15 anni fa, era possibile aumentare il numero di transistor su un singolo chip e contemporaneamente la sua frequenza di clock mantenendo la densità di potenza costante. Tuttavia dal 2004 non è più possibile mantenere invariata la potenza dissipata per unità d’area a causa di limitazioni fisiche. Al fine di aumentare le performance dei processori e di impedire una diminuzione delle frequenze di clock, i processori moderni integrano on-die dei Power Controller Subsystems (PCS) come risorsa hardware dedicata che implementa complesse strategie di gestione di temperatura e potenza. In questo progetto di tesi viene progettata l'architettura dell'interfaccia di comunicazione di ControlPULP, un PCS basato su ISA RISC-V, per la connessione verso un processore HPC. Tale interfaccia di comunicaione integra il supporto hardware per lo scambio di messaggi secondo la specifica SCMI. L'interfaccia sviluppata viene successivamente validata attraverso simulazione ed emulazione su supporto hardware FPGA. Tale supporto hardware viene inoltre utilizzato per la caratterizzazione dell'utilizzo di risorse dell'architettura progettata. Oltre allo sviluppo dell'interfaccia hardware viene sviluppato e caratterizzato un firmware per la decodifica dei messaggi SCMI conforme ai requisiti di esecuzione su un sistema real-time.

Indagine biomeccanica del dispositivo di fissazione esterna Rekrea per l'allungamento degli arti

L'allungamento controllato monofocale viene eseguito nel caso di discrepanze della lunghezza degli arti. Il dispositivo Rekrea, ideato e realizzato dall'azienda Citieffe, viene utilizzato per lo svolgimento di tale trattamento. La stabilità del sistema di fissazione esterna è un fattore cruciale per il successo di un trattamento di allungamento osseo ma difficile da raggiungere in quanto dipendente da numerose variabili. Nello specifico, questo lavoro di tesi verte sullo studio del comportamento meccanico dei singoli morsetti Small e Standard e dell'innovativa configurazione Tandem impiegati in due contesti clinici particolari: i pazienti acondroplasici ed il trattamento di allungamento di tibia. A seguito di una iniziale ricerca bibliografica, sono state pianificate e svolte delle prove meccaniche di diverse configurazioni per caratterizzare il comportamento di tali dispositivi. Attraverso un'analisi dei risultati ottenuti è stato evidenziato quanto il singolo morsetto Small conferisca un'elevata rigidezza del costrutto e permetta di ridurre la distanza morsetto - analogo osseo. In più è stato evidenziato come la configurazione Tandem sia risultata un buon sostituto del morsetto Sandwich ed in particolare, come l'utilizzo di tre viti ossee conferisca una maggiore rigidezza del costrutto.

Linee guida per lo sviluppo ed utilizzo dell'intelligenza artificiale in medicina

Negli ultimi anni, in un numero crescente di ambiti, la medicina fa riferimento a modelli di intelligenza artificiale che aiutano a svolgere numerose analisi. In medicina esistono numerosi modelli di intelligenza artificiale che semplificano l’individuazione di determinate anomalie nel paziente, oppure la prevenzione di future riconoscendo precisi segnali che vengono raccolti dall’analisi del corpo umano. L’ausilio di questi modelli, tuttavia, necessita di molte attenzioni. L’errato utilizzo può conseguire in risultati poco precisi o addirittura non corretti che non aiutano l’operatore, ma piuttosto lo deviano da una corretta analisi della situazione presa in esame. L’ideazione di linee guida per lo sviluppo ed utilizzo di questi modelli in ambito medico ha lo scopo di favorire un corretto utilizzo degli strumenti disponibili con l’obiettivo di rendere qualsiasi tipo di esame o studio il più corretto e celere possibile. In aggiunta, l’attenzione viene posta anche sulla necessità di migliorare la qualità del report di accuratezza diagnostica, che ha come interesse la diffusione scientifica e in particolare quello di rendere qualunque esperimento replicabile e di chiara comprensione.

Analisi di sostenibilità di tecnologie CCS applicate a settori hard-to-abate

In questo lavoro di tesi viene presentata un’analisi di sostenibilità economica, ambientale e sociale di un sistema di cattura e purificazione della CO2 post-combustione. Al fine di ottenere i dati utili al calcolo di indici significativi di sostenibilità, si è scelto di modellare, attraverso il software Aspen Plus®, un processo di assorbimento chimico con ammine, tecnologia matura e spesso impiegata a questo scopo per settori industriali di taglie superiori. Al sistema di assorbimento viene poi fatta seguire un’unità di compressione e purificazione, finalizzata al raggiungimento di specifiche condizioni della corrente in uscita, legate alla successiva tipologia di trasporto considerata: gas pressurizzato via pipeline o gas liquefatto via nave. L’analisi economica si è basata sul calcolo di costi operativi, costi variabili, costo della CO2 evitata e consumo specifico di energia (SPECCA). La simulazione ha infatti consentito di ottenere un dimensionamento di massima delle apparecchiature e il consumo di utenze, valori necessari alla stima degli indici. Gli indici economici calcolati sono poi stati utilizzati per comprendere quale parte del processo fosse la più critica e che impatto avessero le unità di compressione e purificazione rispetto alla presenza del solo impianto di cattura. Analisi simili sono state svolte anche in termini di sostenibilità ambientale e sociale. La prima è stata svolta calcolando l’effettiva rimozione di CO2 del sistema, tenendo in considerazione le emissioni dirette e indirette connesse al funzionamento degli apparati. L’analisi sociale è stata ridotta a un’analisi qualitativa della sicurezza, attuata attraverso il calcolo dell’Indice di sicurezza intrinseca.

Algoritmi di ottimizzazione per la pianificazione delle attività di un satellite

L'obiettivo principale di molti problemi industriali è tipicamente massimizzare i profitti o minimizzare costi o tempi di produzione. Questi problemi sono detti "di ottimizzazione" poiché bisogna ottimizzare determinati processi o attività attraverso decisioni che portino alla soluzione ottima del problema. Il giusto utilizzo di modelli matematici può condurre, tramite l'utilizzo di algoritmi esatti, alla soluzione ottima di un problema di questo tipo. Queste tecniche sono spesso basate su l'enumerazione completa di tutte le possibili soluzioni e ciò potrebbe pertanto richiedere una quantità di calcoli talmente elevata da renderle di fatto inutilizzabili. Per risolvere problemi di grandi dimensioni vengono quindi utilizzati i cosiddetti algoritmi euristici, i quali non assicurano di trovare la soluzione ottima del problema, ma promettono di trovarne una di buona qualità. In questa tesi vengono analizzati, sviluppati e confrontati entrambi gli approcci, attraverso l'analisi di un problema reale che richiede la pianificazione delle attività di un satellite.

Metodo innovativo per la misura delle scariche parziali sullo statore di un veicolo ibrido

L’affidabilità e la diagnostica sono tematiche che hanno sempre ricoperto un ruolo di fondamentale importanza in ambito elettrico. Il frenetico sviluppo che sta vivendo il settore della trazione elettrica dovuto alle restrizioni introdotte dall’UE sulle emissioni di CO2 ha ulteriormente incrementato la necessità di avere componenti sempre più performanti e affidabili. Questa tesi si concentra su una delle problematiche che interessano un motore elettrico: le scariche parziali. L’obiettivo di questo progetto è proporre un metodo innovativo per la rilevazione di scariche parziali che sfrutta le emissioni elettromagnetiche prodotte dalle scariche stesse. La novità rispetto ai tradizionali metodi è la possibilità di eseguire misure anche mentre il motore è in funzione. Il caso di riferimento è quello di un banco motore ma il metodo proposto, se correttamente validato potrà essere impiegato a bordo veicolo in un contesto di normale funzionamento. I principali dispositivi che compongono il sistema di misura presentato sono: un’antenna log-periodica con banda di lavoro 500MHz a 3GHz, un rilevatore di picco LTC5564 adatto per lavorare a radio frequenze ed un oscilloscopio USB. L’antenna rileva le onde elettromagnetiche prodotte dalle scariche parziali. Il rilevatore di picco, dispositivo la cui uscita è proporzionale all’ampiezza del segnale d’ingresso, fornisce un segnale con spettro in frequenza ridotto rispetto all’originale. L’ oscilloscopio digitale (Picoscope), più economico rispetto ai tradizionali oscilloscopi, consente infine l’acquisizione dei segnali. Le principali “tappe” dello sviluppo del nuovo sistema sono state: la caratterizzazione delle onde elettromagnetiche emesse dalle scariche parziali; il miglioramento del rapporto segnale/rumore; la programmazione di un’interfaccia utente.

Sviluppo di applicazioni real-time multi-utente: un middleware basato sulla piattaforma Croquet

Il crescente aumento del numero di dispositivi connessi in rete e delle applicazioni che vengono sviluppate su di essa ha trasformato completamente lo standard delle applicazioni che una volta erano single-user, facendo quindi arrivare lo standard ad un modello multi-utente, dove si ha un ambiente collaborativo e condiviso in cui le azioni di un determinato utente vanno ad influire anche sugli altri. Altra necessità al giorno d'oggi è inoltre che queste applicazioni multi-utente siano anche real-time, ovvero che si aggiornino in tempo reale e che di conseguenza l'azione di un singolo utente debba essere trasmessa e notificata a tutti gli altri in modo che possano gestirla di conseguenza. Lo sviluppo di tali applicazioni risulta quindi particolarmente complesso, tuttavia esistono anche soluzioni architetturali e framework che risultano essere dedicati all'implementazione di tale tipo di applicazioni, il quale obiettivo è quindi quello di semplificarne e velocizzarne lo sviluppo, tramite l'utilizzo di pattern o architetture mirate all'implementazione di un tipo specifico di tali applicazioni. Un esempio di tali soluzioni è Croquet, che permette la creazione di applicazioni real-time multi-utente, senza la necessità di scrivere alcun codice per la parte server o per la gestione delle comunicazioni tra i peer, ma solamente sviluppando il modello del client, ovvero la parte in esecuzione sulla macchina dell'utente. Questa tesi andrà quindi ad effettuare uno studio sul funzionamento e sull'architettura di Croquet proseguendo quindi con lo sviluppo di un middleware che permetta la creazione di applicazioni real-time multi-utente indipendenti dal linguaggio di sviluppo, le quali si potranno quindi appoggiare sull'architettura di Croquet per funzionare e comunicare, avendo quindi a disposizione tutte le garanzie che vengono offerte da Croquet e dalla sua architettura.