Applicazione di tecniche AI per la progettazione di un sistema a supporto del paziente iperteso

In questa tesi si è cercato di trovare le soluzioni più efficaci a supporto delle questioni legate all'ipertensione di seguito descritte attraverso l'uso di tecniche riguardanti l'intelligenza artificiale e l'Internet of Things. Uno tra i compiti dei medici che si occupano di curare i malati di ipertensione è quello di elaborare protocolli per quanto riguarda la prevenzione e la cura di questa malattia, i quali vengono periodicamente aggiornati. Per supportare ciò, il primo progetto sviluppato è consistito in un'analisi dei dati sul dataset ottenuto a partire dall'elaborazione delle risposte date ai questionari che sono stati distribuiti durante la Giornata Mondiale dell'Ipertensione. A partire da questo, si è cercato di evidenziare la classe di persone che con più probabilità sono malate di ipertensione in modo tale che le linee guida aggiornate si concentrino maggiormente su costoro. La seconda questione affrontata è che non sempre le cure che vengono prescritte sono efficaci, talvolta a causa del medico, talvolta a causa del paziente. Si rende perciò necessario fornire ai pazienti degli strumenti che li aiutino direttamente nella cura della loro malattia. Devono avere anche lo scopo di aiutare il medico nel suo lavoro di monitoraggio periodico delle condizioni di salute del paziente, perché possa avere realmente il polso della situazione. Per fare questo, il secondo progetto ha riguardato lo sviluppo di un chatbot disponibile sulla piattaforma di messaggistica istantanea Telegram ad uso dei malati di ipertensione. Questo assistente virtuale permette loro di registrare le misurazioni di pressione che settimanalmente devono effettuare e ricorda loro di farlo quando passa troppo tempo dall'ultima misurazione. Il sistema permette inoltre di visualizzare medie e grafici delle misurazioni che sono state raccolte cosicché il medico può affidarsi ad uno strumento più evoluto del semplice libretto diario in cui il paziente annota tutte le misurazioni.

Comparazione performance di un'applicazione enterprise basata su service mesh

Ultimamente si stanno sviluppando tecnologie per rendere più efficiente la virtualizzazione a livello di sistema operativo, tra cui si cita la suite Docker, che permette di gestire processi come se fossero macchine virtuali. Inoltre i meccanismi di clustering, come Kubernetes, permettono di collegare macchine multiple, farle comunicare tra loro e renderle assimilabili ad un server monolitico per l'utente esterno. Il connubio tra virtualizzazione a livello di sistema operativo e clustering permette di costruire server potenti quanto quelli monolitici ma più economici e possono adattarsi meglio alle richieste esterne. Data l'enorme mole di dati e di potenza di calcolo necessaria per gestire le comunicazioni e le interazioni tra utenti e servizi web, molte imprese non possono permettersi investimenti su un server proprietario e la sua manutenzione, perciò affittano le risorse necessarie che costituiscono il cosiddetto "cloud", cioè l'insieme di server che le aziende mettono a disposizione dei propri clienti. Il trasferimento dei servizi da macchina fisica a cloud ha modificato la visione che si ha dei servizi stessi, infatti non sono più visti come software monolitici ma come microservizi che interagiscono tra di loro. L'infrastruttura di comunicazione che permette ai microservizi di comunicare è chiamata service mesh e la sua suddivisione richiama la tecnologia SDN. È stato studiato il comportamento del software di service mesh Istio installato in un cluster Kubernetes. Sono state raccolte metriche su memoria occupata, CPU utilizzata, pacchetti trasmessi ed eventuali errori e infine latenza per confrontarle a quelle ottenute da un cluster su cui non è stato installato Istio. Lo studio dimostra che, in un cluster rivolto all'uso in produzione, la service mesh offerta da Istio fornisce molti strumenti per il controllo della rete a scapito di una richiesta leggermente più alta di risorse hardware.

Sviluppo di metodologie di simulazione avanzate per la progettazione fluidodinamica di condotti di motori endotermici alternativi

L’attuale panorama motoristico, fortemente guidato dalle normative, prevede l’implementazione di diverse tecnologie che hanno lo scopo di migliorare l’efficienza del motore e ridurre le emissioni di inquinanti e per le quali risulta necessario una corretta progettazione dei condotti di aspirazione. Lo sviluppo ottimale dei condotti risulta un compromesso tra obiettivi contrastanti e in termini matematici si tratta di un’ottimizzazione multiobiettivo. Le simulazioni CFD e gli algoritmi genetici sono stati applicati con successo allo studio di questi problemi, ma la combinazione di questi elementi risulta notevolmente dispendiosa in termini di tempo, in quanto sarebbero necessarie un alto numero di simulazioni. Per ridurre i tempi di calcolo, un set di simulazioni CFD pu`o essere pi`u convenientemente utilizzato per istruire una rete neurale, che una volta opportunamente istruita pu`o essere usata per prevedere gli output delle simulazioni in funzione dei parametri di progetto durante l’ottimizzazione con l’algoritmo genetico, operando quella che viene chiamata una ottimizzazione virtuale. In questa tesi, viene mostrata una metodologia numerica per l’ottimizzazione multi-obiettivo dei condotti di aspirazione, basata su un modello CAD a geometria variabile, le simulazioni fluidodinamiche tridimensionali e una rete neurale combinata con un algoritmo genetico.

Sviluppo di un sistema per gestire e partizionare segnali neurali

La Brain Computer Interface, con l’acronimo BCI, è un mezzo per la comunicazione tra cervello e macchina. La comunicazione si basa sulla emanazione di segnali elettrici del cervello che vengono rilevati da un dispositivo, il quale invia i segnali digitalizzati ad un elaboratore. I segnali elettrici, chiamati EEG, permettono al cervello di regolare la comunicazione tra le diverse cellule neurali. La BCI intercetta questi segnali e, previa elaborazione, permette di ottenere diversi diagrammi, detti metriche, per poter misurare, sotto svariati aspetti, il funzionamento del cervello. Le ricerche scientifiche sulle EEG hanno rilevato una correlazione tra i segnali elettrici nel cervello di un soggetto con il suo livello di performance e stato emotivo. È quindi possibile comprendere, tramite una serie di parametri, come la mente dei soggetti reagisce a stimoli esterni di svariata tipologia durante lo svolgimento di un’attività. L’elaboratore, che riceve il segnale dalla BCI, è il componente che si occupa di trasformare i segnali elettrici, generati dal cervello e digitalizzati, in risultati facilmente interpretabili dall’utente. Elaborare i segnali EEG in tempo reale porta a dover utilizzare algoritmi creati appositamente per questo scopo e specifici perle metriche preposte. Lo scopo di questa tesi è quello di presentare un progetto sullo sviluppo della fase di smistamento dei dati ricevuti dall’elaboratore. Nel contempo si fornirà una conoscenza scientifica minima per comprendere le scelte fatte. Tale progetto è stato reso possibile dalla collaborazione con l’azienda Vibre, che si dedica allo sviluppo di un sistema comprendente BCI ed elaboratore.

Sviluppo di una piattaforma per fornire contenuti formativi sfruttando la gamification: un caso di studio aziendale

Questo volume di tesi, dal titolo “Sviluppo di una piattaforma per fornire contenuti formativi sfruttando la gamification: un caso di studio aziendale”, tratta argomenti quali e-learning e game-based learning e come/quando questi possono essere applicati, presentando inoltre un esempio di prototipo di applicazione web che può fungere a questo scopo. Nello specifico, il primo capitolo si compone di tre sezioni principali: la prima introduce il concetto di e-learning e le molteplici declinazioni ad esso applicabili, oltre a presentare qualche cenno di carattere storico per individuare questo fenomeno nel tempo; la seconda tratta i campi d’applicazione e le tipologie di didattica inscrivibili nel termine “Game-based learning”. Nella terza sezione, “builder per esperienze gamificate”, infine, vengono presentate e analizzate due applicazioni web che possono concorrere alla creazione di un’esperienza di formazione gamificata in ambito scolastico e/o lavorativo. Il secondo e il terzo capitolo, rispettivamente con titoli “Tecnologie” e “Applicazione web: BKM – Learning Game”, sono fortemente correlati: vengono infatti presentate le tecnologie (nello specifico HTML, CSS, Javascript, NodeJs, VueJs e JSON) utilizzate per la creazione del progetto di tesi, poi viene descritto l’applicativo web risultante nel suo complesso. Il progetto è stato implementato durante il tirocinio in preparazione della prova finale, presso l’azienda Bookmark s.r.l.

Sviluppo di un sistema di riconoscimento di stenosi coronariche non gravi.

L’Intelligenza Artificiale è un campo dell’informatica che da tempo si afferma come valido strumento alternativo per la risoluzione di problemi tipicamente riservati esclusivamente all’intelletto umano. Se in principio gli algoritmi sfruttati nel campo dell’Intelligenza Artificiale erano basati su insiemi di regole codificate da esperti del dominio di applicazione dell’algoritmo, con l’arrivo del secondo millennio questo approccio è stato superato in favore di algoritmi che sfruttano grandi quantità di dati ed elevata potenza di calcolo per fare scelte ottimali. Un esempio di questo approccio può essere Deep Blue, che nel 1996, anche grazie ad un database di 4mila aperture e un’architettura che permetteva 11 GFLOPS fu la prima macchina a vincere una partita a scacchi contro un grande maestro. Col passare degli anni, l’aumentare degli investimenti e della ricerca, questo approccio ha portato alla strutturazione del campo dell’Apprendimento Automatico (Machine Learning, in inglese) dal quale sono scaturiti numerosi avanzamenti che hanno influenzato una moltitudine di ambiti: dall’agricoltura di precisione alla traduzione automatica, dal riconoscimento di frodi con carte di credito alla farmaceutica, dal marketing alla visione artificiale e molti altri, inclusa la medicina. Questo lavoro si concentra su proprio questioni relative al campo della medicina. In particolare si occupa di provare a riconoscere se le stenosi coronariche di un paziente sono gravi o meno attraverso l’uso di angiografie coronariche invasive e tomografie coronariche angiografiche; in maniera da diminuire delle angiografie coronariche invasive effettuate su pazienti che non ne hanno davvero bisogno.

Development of a framework for the analysis of document-based phishing campaigns

In questo elaborato di tesi si affronta lo sviluppo di un framework per l'analisi di URL di phishing estratte da documenti malevoli. Tramite il linguaggio python3 e browsers automatizzati si è sviluppata una pipeline per analizzare queste campagne malevole. La pipeline ha lo scopo di arrivare alla pagina finale, evitando di essere bloccata da tecniche anti-bot di cloaking, per catturare una schermata e salvare la pagina in locale. Durante l'analisi tutto il traffico è salvato per analisi future. Ad ogni URL visitato vengono salvate informazioni quali entry DNS, codice di Autonomous System e lo stato nella blocklist di Google. Un'analisi iniziale delle due campagne più estese è stata effettuata, rivelando il business model dietro ad esse e le tecniche usate per proteggere l'infrastruttura stessa.

Manutenzione su condizione e analisi dei ricambi per macchine automatiche nell’ottica industria 4.0. Il caso SACMI S.C.

In questo elaborato di tesi si affronta uno studio inerente alla Manutenzione su Condizione (CBM), applicata ad una macchina automatica adibita alla produzione di capsule in plastica, in collaborazione con il gruppo SACMI S.C. di Imola. Nel Capitolo 1 viene fornita una introduzione sul tema della manutenzione e sulla sua evoluzione dalla prima rivoluzione industriale ad oggi. Nel Capitolo 2 vengono descritti i principi teorici della manutenzione predittiva e se ne analizza lo stato dell’arte. Nel Capitolo 3 viene fornita una introduzione sull’azienda SACMI S.C. e in seguito vengono descritte nel dettaglio le macchine sulle quali si sono concentrate le successive analisi. Nel Capitolo 4 viene approfondito l’estrusore, uno dei componenti principali delle macchine analizzate. Nel Capitolo 5 viene presentato un esempio di valutazione dell’efficienza di alcune macchine collegate in serie attraverso il calcolo di un indicatore chiamato Overall Equipment Effectiveness (OEE). Il Capitolo 6 rappresenta il cuore della tesi e contiene tutte le analisi di CBM effettuate durante il periodo di tirocinio. Vengono analizzati i principali gruppi funzionali della macchina a partire da quelli più critici per tempi o costi di manutenzione. Le analisi sono state condotte ricercando all’interno di tutto il parco macchine quelle che presentavano delle condizioni di funzionamento sospette. Nel Capitolo 7 vengono presentate alcune analisi relative ai tempi di fermo macchina dovuti alle manutenzioni preventive e ai costi dei ricambi previsti dal manuale di manutenzione. Queste analisi vengono poi declinate su un caso reale nel quale si calcola il costo dei ricambi negli ultimi cinque anni distinguendo tra costi dovuti ad azioni preventive o correttive. Nel Capitolo 8 vengono presentate le conclusioni, mentre nel Capitolo 9 sono presentati gli sviluppi futuri di questo lavoro.

B-R1ING MoCap: registrazione e riproduzione dei movimenti umani su avatar 3D in realtà aumentata

Già da qualche anno si è stati introdotti alla possibilità di vivere in un mondo virtuale; basta indossare un paio di visori di realtà aumentata, virtuale e mista che riproducono nell’ambiente circostante oggetti che fisicamente non esistono. Negli ultimi mesi, inoltre, questa possibilità sta diventando sempre più concreta con l’introduzione, da parte dei colossi dell’informatica, del concetto di "Metaverso": un universo parallelo completamente digitale dove sarà possibile svolgere ogni attività sociale. L’obiettivo di questa tesi è quello di contribuire in piccola parte a questo enorme progetto creando una modalità di interazione tra utenti virtuale ma che si basa su comportamenti del tutto reali. A questo proposito il titolo dell’elaborato è: \textit{“B-R1ING MoCap: registrazione e riproduzione dei movimenti umani su avatar 3D in realtà aumentata”}. Lo scopo del progetto è quello di permettere a una persona di registrare un video in cui c’è un soggetto in movimento, salvare i movimenti del soggetto in un pacchetto dati e infine riprodurlo su un \textit{avatar} 3D che viene fatto agire in realtà aumentata. Il tutto farà parte di un’applicazione “social network” che permette l’interazione tra utenti in questo modo. Un utente può quindi registrare i movimenti umani e inviarli ad un altro utente che può riprodurre il messaggio in realtà aumentata tramite il suo smartphone. Viene introdotto così un nuovo tipo di comunicazione digitale indiretta passando dalla comunicazione scritta, ormai salda da decenni nei messaggi, alla comunicazione orale, introdotta da qualche anno tramite i messaggi vocali, alla comunicazione gestuale resa possibile dal lavoro in oggetto. Le fasi principali del progetto sono state due: una in cui, dopo aver individuato la tecnica migliore, è stato effettuato il "motion capture", un’altra in cui il movimento registrato è stato trasformato in animazione per un soggetto 3D che viene visualizzata in realtà aumentata.

Sviluppo di un modello stocastico per la simulazione di sperimentazioni cliniche di nuovi trattamenti per l’osteoporosi

Le fratture fragili del collo del femore rappresentano un grave problema sociosanitario, in via di aggravamento a causa dell’aumento dell’età media e dell’aspettativa di vita. Il verificarsi di tale evento dipende da più fattori: la frequenza con la quale si verificano cadute, la gravità delle stesse e lo stato di salute del paziente, in particolare la resistenza meccanica delle sue ossa e il suo grado di controllo neuro-motorio. Negli ultimi anni gli strumenti di analisi e stima della resistenza meccanica del femore basati su modelli agli elementi finiti hanno raggiunto un tale livello di maturità da prospettarne l’utilizzo nel contesto di “in silico trials”, ovvero la simulazione virtuale di sperimentazioni cliniche e precliniche. In questo studio si è sviluppato un modello stocastico in grado di simulare la sperimentazione clinica di nuovi trattamenti per l’osteoporosi. Questo comprende più sotto modelli in grado di simulare il processo di invecchiamento, determinare stocasticamente le cadute che si verificano in una certa popolazione in un determinato orizzonte temporale e l’entità delle forze che agiscono sul grande trocantere. In particolare, le cadute sono state generate a partire da una distribuzione di Poisson e le forze sono state stimate attraverso un modello stocastico multiscala. La tesi si è concentrata su aspetti metodologici e procedurali, nell’ottica di sviluppare un modello che permettesse agevolmente la variazione dei parametri associati alla caduta, dotato di buone robustezza ed applicabilità. È stato verificato come la discretizzazione nel dominio del tempo del rimodellamento osseo non influisca significativamente nella determinazione delle fratture; inoltre, il modello si è dimostrato capace di fornire risultati stabili in modo computazionalmente efficiente. La validazione dei risultati del modello, invece, ha dato risultati non soddisfacenti, per cui sarà necessario procedere in futuro a un’attenta calibrazione dei parametri del modello.

AR VR e interfacce aptiche: stato dell'arte e sfide future

Obiettivo di questa tesi è l’introduzione dei principali temi correlati con le tecnologie di Realtà Aumentata, Realtà Virtuale e tecnologie aptiche, cercando di darne una definizione esaustiva e definendo i principali utilizzi e illustrando alcune tecnologie esistenti. L’elaborato, in questo modo, mira a proporre una spiegazione esaustiva della Realtà Virtuale e della Realtà Aumenta, soffermandosi a valutare le differenze e le similitudini delle due tecnologie e proponendo una serie di esempi di utilizzo in ambito formativo e culturale.

Approccio meccanico statistico allo studio delle Macchine di Boltzmann Ristrette

La Macchina di Boltzmann Ristretta (RBM) è una rete neurale a due strati utilizzata principalmente nell'apprendimento non supervisionato. La sua capacità nel rappresentare complesse relazioni insite nei dati attraverso distribuzioni di tipo Boltzmann Gibbs la rende un oggetto particolarmente interessante per un approfondimento teoretico in ambito fisico matematico. In questa tesi vengono presentati due ambiti di applicazione della meccanica statistica all'apprendimento automatico. 1) La similarità della RBM a unità binarie con il modello di Ising permette di sfruttare un'espansione alle alte temperature per approssimare l'energia libera, termine presente nel gradiente della likelihoood e difficile da trattare numericamente. I risultati ottenuti con questa tecnica sul dataset MNIST sono paragonabili a quelli ottenuti dalla Contrastive Divergence, che utilizza invece metodi di Monte Carlo. 2) L'equivalenza statistica della variante ibrida di RBM con il modello di Hopfield permette di studiare la taglia del training set necessaria per l'apprendimento attraverso l'analisi del problema inverso, in cui i ruoli di spin e pattern sono invertiti. Viene quindi presentato un metodo basato sulla teoria di Gauge che permette di derivare il diagramma di fase del modello di Hopfield duale sulla linea di Nishimori in funzione della temperatura e del rapporto tra numero di campioni e dimensione del sistema.

Analisi palinsestuale e pubblicitaria dei contenuti televisivi ritrovati nei volumi in VHS dell'archivio della videoteca del DAR

L'oggetto del mio studio sono i contenuti televisivi (pubblicità, programmi, promozioni televisive) che accompagnano i film archiviati nelle videocassette contenute nell'archivio della videoteca del Dipartimento delle Arti. Una prima fase del lavoro, di natura pratica, mi ha fisicamente portato in videoteca per studiare un campione di più di 2500 videocassette in poco più di un mese e raccogliere dati relativi a quali contenuti di natura televisiva vi si presentassero insieme al film archiviato. Ho visionato e censito, con la supervisione del dott. Gianmario Merizzi, circa 1800 cassette VHS, corrispondenti alla filmografia italiana e francese, raccolte e registrate in un periodo compreso tra gli anni '80 e i primi 2000. Dopo aver raccolto tutte le informazioni utili, ho eseguito un'analisi palinsestuale e pubblicitaria su un campione ridotto di 7 videocassette scelte secondo criteri ben precisi. L'analisi palinsestuale, con il supporto del correlatore, il prof. Luca Barra, ha rivelato i cambiamenti delle strategie di programmazione messe in atto dalle reti in risposta ai cambiamenti normativi, tecnologici e competitivi che hanno segnato la TV italiana negli anni '80 e '90; L'analisi pubblicitaria ha preso in esame i 25 messaggi pubblicitari contenuti nei 7 volumi approfonditi, descrivendone le dinamiche sia del messaggio pubblicitario stesso, sia di come questo si contestualizza all'interno della programmazione televisiva. Infine, ho dedicato un capitolo al valore archivistico dei contenuti della videoteca, raccogliendo le testimonianze del dott. Gianmario Merizzi e della dott.ssa Michela Giorgi, i quali mi hanno aiutato a ricostruire i momenti salienti della costituzione dell'archivio e a riflettere sul futuro incerto che questi servizi oggi affrontano, in un presente sempre più virtuale e ipermediato.

Machining feature recognition

La tesi ricade nell'ambito della modellazione dei solidi ed in particolare nel riconoscimento automatico di lavorazioni su di esso presenti con l'obiettivo principale di risolvere alcune delle problematiche presenti nel software SolidPlus. Quest'ultimo ha come scopo quello di acquisire un solido progettato con un software commerciale di progettazione Cad, di rilevare le possibili lavorazioni presenti sulla parte assimilata e generare un file in un formato riconoscibile dalle macchine a controllo numerico per poterlo lavorare. Nel primo capitolo si introduce la rivoluzione industriale scaturita dall'attuazione dei principi dell'industria 4.0. Nel secondo capitolo si esegue un'analisi di alcune delle soluzioni attualmente presenti in letteratura per rilevare e classificare le lavorazioni, con particolare riferimento a quelle soluzioni che si basano sull'analisi del BRep, modello alla base del Cad. Il terzo capitolo riguarda invece il software oggetto di analisi definendo quelle che sono le funzionalità attualmente presenti e le problematiche riscontrate. Il quarto capitolo consiste nell'esame di alcuni casi di fallimento nel riconoscimento delle lavorazioni e delle relative strategie attuate per la risoluzione delle problematiche. In appendice sono stati introdotti i concetti relativi all'iso 10303, standard alla base dei file d'interscambio tra il software di progettazione Cad e le proprietà dei linguaggi a marcatori, fondamentale per lo scambio dati tra software ufficio e macchina

Caratterizzazione e progettazione di un attuatore differenziale elastico compatto per la robotica collaborativa

Lo sviluppo della robotica collaborativa, in particolare nelle applicazioni di processi industriali in cui sono richieste la flessibilità decisionale di un utilizzatore umano e le prestazioni di forza e precisione garantite dal robot, pone continue sfide per il miglioramento della capacità di progettare e controllare al meglio questi apparati, rendendoli sempre più accessibili in termini economici e di fruibilità. Questo cambio di paradigma rispetto ai tradizionali robot industriali, verso la condivisone attiva degli ambienti di lavoro tra uomo e macchina, ha accelerato lo sviluppo di nuove soluzioni per rendere possibile l’impiego di robot che possano interagire con un ambiente in continua mutazione, in piena sicurezza. Una possibile soluzione, ancora non diffusa commercialmente, ma largamente presente in letteratura, è rappresentata dagli attuatori elastici. Tra gli attuatori elastici, l’architettura che ad oggi ha destato maggior interesse è quella seriale, in cui l’elemento cedevole viene posto tra l’uscita del riduttore ed il carico. La bibliografia mostra come alcuni limiti della architettura seriale possano essere superati a parità di proprietà dinamiche. La soluzione più promettente è l’architettura differenziale, che si caratterizza per l’utilizzo di riduttori ad un ingresso e due uscite. I vantaggi mostrati dai primi risultati scientifici evidenziano l’ottenimento di modelli dinamici ideali paragonabili alla più nota architettura seriale, superandola in compattezza ed in particolare semplificando l’installazione dei sensori necessari al controllo. In questa tesi viene effettuata un’analisi dinamica preliminare ed uno studio dell’attitudine del dispositivo ad essere utilizzato in contesto collaborativo. Una volta terminata questa fase, si presenta il design e la progettazione di un prototipo, con particolare enfasi sulla scelta di componenti commerciali ed il loro dimensionamento, oltre alla definizione della architettura costruttiva complessiva.