Analisi e utilizzo di tecniche di stimolazione epidurale per il ripristino dell’attività locomotoria in soggetti con lesioni spinali

La lesione del midollo spinale (LM) è una complessa condizione fisica che racchiude in sé sfide di carattere biomedico nonché etico-giuridico. La complessità della LM nonché la diversificazione delle esperienze dei singoli soggetti affetti da LM rendono questo un topic di grande interesse per la ricerca biomedicale, in relazione a nuovi metodi di cura e di riabilitazione dei soggetti. In particolare, la sinergia tra i saperi medico, informatici e ingegneristici ha permesso di sviluppare nuove tecnologie di comunicazione e di controllo neurologico e motorio che, capaci di sopperire a deficit cerebrali e/o motori causati da LM, consentono ai pazienti di avere una qualità di vita sensibilmente migliore, anche in termini di autonomia. Tra queste nuove tecnologie assistive primeggiano per efficacia e frequenza di utilizzo le Brain Computer Interfaces (BCI), strumenti ingegneristici che, attraverso la misurazione e l’analisi di segnali provenienti dall’attività cerebrale, traducono il segnale registrato in specifici comandi, rappresentando per l’utente con LM un canale di comunicazione con l’ambiente esterno, alternativo alle normali vie neurali. In questo elaborato l’analisi di due sperimentazioni, una su scimmia l’altra su uomo, entrambi affetti da LM, con differenti sistemi di monitoraggio dell’attività neurale, ha permesso di evidenziare un limite della ricerca sul topic: nonostante i promettenti risultati ottenuti su primati non umani, il carattere invasivo del sistema BCI–EES rende difficile traslare la sperimentazione su uomo. La sperimentazione su LM pone delle sfide anche dal punto di vista etico: sebbene siano auspicati lo sviluppo e l’applicazione di metodi alternativi alla sperimentazione animale, l’impiego di primati non umani appare ancora una scelta obbligata nel campo della ricerca di soluzioni terapeutiche finalizzate al ripristino della funzione locomotoria, per via della stretta affinità in termini di conformazione fisica, genetica e anatomica.

Monitoraggio della viscoelasticità di un modello di coltura cellulare 3D per lo studio della fibrosi epatica

Lo sviluppo di fibrosi epatica si associa caratteristicamente a un eccesso di produzione e reticolazione della matrice extracellulare del tessuto, che causa un progressivo aumento del modulo elastico e della viscosità dell’organo – che a loro volta determinano ipertensione portale e insufficienza funzionale. Modelli avanzati che riproducano in vitro il microambiente epatico sono cruciali per lo studio della patogenesi del fenomeno e per la valutazione di adeguate terapie future. Un esempio chiaro di questa strategia viene presentato in un recente lavoro di ricerca, nel quale Cacopardo et al. propongono una strategia basata sull’utilizzo di tipi differenti di idrogel, con proprietà elastiche e viscosità variabili, per studiare la meccano-dinamica in un ambiente di coltura tridimensionale. Idrogel di carichi di cellule sono dunque stati differenzialmente reticolati mediante transglutaminasi microbica, utilizzando un metodo citocompatibile originale che consenta l’esposizione delle cellule a un ambiente con proprietà meccaniche che variano nel tempo. Per la coltura dei costrutti 3D è stato inoltre utilizzato un bioreattore che si è dimostrato utile anche per monitorare nel tempo le proprietà meccaniche dei costrutti cellulari. I risultati hanno mostrato che una maggiore “solidità” della matrice è coerente con l’aumento dello stress cellulare. Il metodo proposto si è dimostrato quindi in grado di imitare efficacemente il microambiente meccanico associato alla fibrosi epatica e in evoluzione nel tempo e, di conseguenza, potrebbe fornire nuove informazioni sui processi fisiopatologici correlati e suggerire più efficaci strategie terapeutiche.

Analisi e monitoraggio di indicatori idrologici e meteorologici per il preannuncio e la gestione delle emergenze idriche

Una importante problematica di risonanza mondiale è lo sviluppo di fenomeni sempre più frequenti di siccità e di scarsità idrica. Il presente elaborato intende illustrare come tale difficoltà stia colpendo il pianeta, con un focus sull’Italia e poi sull’Emilia-Romagna. Le cause scatenanti sono riconducibili all’aumento della popolazione, al depauperamento dei corpi idrici, ma soprattutto agli impatti del cambiamento climatico: incremento delle temperature, calo delle precipitazioni e quindi riduzione della ricarica delle fonti di approvvigionamento. Queste devono soddisfare un’intensa domanda da parte delle attività antropiche nonostante il loro stato sia sempre più preoccupante. In questo scenario è indispensabile adottare nuovi metodi per la gestione sostenibile delle riserve idriche, e il monitoraggio si rivela uno strumento utile in quanto fornisce informazioni dettagliate e aggiornate sullo stato quantitativo delle fonti. In particolare, il presente elaborato si focalizza sul progetto Resilient Dashboard, ideato in ambito regionale dalla collaborazione di più strutture operative di Hera S.p.A. Si tratta di uno strumento per l’analisi e il preannuncio di crisi idriche, basato sul monitoraggio di indicatori idrologici e meteorologici. Questo può essere di supporto per i gestori delle risorse, i quali possono individuare e poi intervenire sulle zone in cui si verifica maggiore criticità. Vengono dunque esaminati i processi che sono risultati necessari alla definizione del progetto, a partire dalla selezione degli elementi di interesse e dalla predisposizione delle elaborazioni da compiere su ciascuna tipologia di dato, fino allo sviluppo del criterio di assegnazione dei colori alle fonti e alle aree, per la segnalazione degli allarmi. Il progetto è ancora in corso di realizzazione, ma il suo obiettivo finale consiste nel produrre una piattaforma digitale di facile utilizzo che fornisca informazioni sullo stato delle fonti, in relazione alla domanda di risorsa.

Implementazione di algoritmi Tiny Machine Learning per il monitoraggio strutturale basato su emissioni acustiche

Il monitoraggio basato su emissioni acustiche (AE) guidate si è confermato tra le tecniche più affidabili nel campo del Non-Destructive Testing delle strutture planari, vista anche la sua semplicità implementativa, i bassi costi che lo caratterizzano, la non invasività e la possibilità di realizzare un sistema che agisca in maniera continuativa ed in tempo reale sfruttando reti di sensori permanentemente installati, senza la necessità di ispezioni periodiche. In tale contesto, è possibile sfruttare l’abilità dell’apprendimento automatico nell’individuazione dei pattern nascosti all’interno dei segnali grezzi registrati, ottenendo così informazioni utili ai fini dell’applicazione considerata. L’esecuzione on-edge dei modelli, ovvero sul punto di acquisizione, consente di superare le limitazioni imposte dal processamento centralizzato dei dati, con notevoli vantaggi in termini di consumo energetico, tempestività nella risposta ed integrità degli stessi. A questo scopo, si rivela però necessario sviluppare modelli compatibili con le stringenti risorse hardware dei dispositivi a basso costo tipicamente impiegati. In questo elaborato verranno prese in esame alcune tipologie di reti neurali artificiali per l’estrazione dell’istante di arrivo (ToA) di un’emissione acustica all’interno di una sequenza temporale, in particolare quelle convoluzionali (CNNs) ed una loro variante più recente, le CapsNet basate su rounting by agreement. L’individuazione dei ToA relativi al medesimo evento su segnali acquisiti in diverse posizioni spaziali consente infatti di localizzare la sorgente da cui esso è scaturito. Le dimensioni di questi modelli permettono di eseguire l’inferenza direttamente su edge-device. I risultati ottenuti confermano la maggiore robustezza delle tecniche di apprendimento profondo rispetto ai metodi statistici tradizionali nel far fronte a diverse tipologie di disturbo, in particolare negli scenari più critici dal punto di vista del rapporto segnale-rumore.

Le funzioni in due variabili: una proposta didattica

In questa tesi mi sono occupata delle funzioni in più variabili che sono un argomento che viene svolto nella scuola secondaria nel caso di due dimensioni. Nei documenti ministeriali, Indicazioni Nazionali e Linee Guida, è previsto che l’argomento delle funzioni in due variabili sia trattato nella classe quinta degli istituti tecnici. Nella scuola secondaria si trattano i seguenti argomenti: dominio, punti stazionari, piano tangente,curve di livello e il grafico di una funzione in due variabili. In questa tesi mi sono occupata di preparare una proposta didattica sull’argomento delle funzioni in due variabili utilizzando il software GeoGebra. Nella unità didattica presento il dominio, i punti stazionari e le curve di livello. In particolare, per spiegare le curve di livello ho deciso di adottare la metodologia didattica della didattica laboratoriale poiché volevo stimolare la curiosità e l’interesse degli alunni. Infatti, ho preparato una esercitazione sulle curve di livello da svolgere in laboratorio, divisi in coppie, con GeoGebra. Nella mia esperienza di tirocinio ho avuto l’opportunità di sperimentare questa unità didattica in una scuola, l’istituto tecnico Belluzzi di Bologna.

I marchi DOP E IGP nel continente africano: due casi studio

Nei paesi in via di sviluppo la protezione delle indicazioni geografiche (IG) è considerata uno strumento utile e necessario per sostenere i prodotti di origine e per rafforzare i sistemi di produzione agroalimentare. Queste, infatti, grazie all’utilizzo di disciplinari di produzione e all’imposizione di determinati criteri riguardanti le tecniche di coltivazione, lavorazione e trasformazione del prodotto, permettono di rispettare standard qualitativi elevati. Ciò non determina solamente una maggiore qualità dei prodotti, e conseguente prestigio di questi, ma comporta anche una serie di benefici a livello economico, umanitario e di sviluppo. Infatti, grazie alla tutela conferita dalle IG i produttori sono in grado di ottenere una maggior consapevolezza riguardo ai sistemi di produzione, di migliorare le condizioni dei propri lavoratori/lavoratrici e, ottenendo un marchio di qualità, sono in grado di ricavare un prezzo di vendita più elevato, riscuotendo un maggiore guadagno. Sono pertanto stati presi in esame due prodotti che hanno già ottenuto una IG, Poivre de Penja e Rooibos, al fine di valutare i benefici e vantaggi ottenuti in seguito a tali certificazioni tramite una descrizione dello stato dell’arte dei loro disciplinari ed articoli.

ottimizzazione del modello di gestione delle scorte dei reparti attrezzeria e sicurezza e definizione dei picking-point degli operatori

Il sistema logistico rappresenta una variabile fondamentale nel contesto organizzativo: se efficiente e ben strutturato può rivelarsi un vantaggio competitivo per le organizzazioni. Nel presente elaborato viene posta l’attenzione proprio su un particolare ambito del sistema logistico, ossia quello della logistica interna. L’obiettivo di questa tesi, svolta a margine di un tirocinio in Marchesini Group, azienda del bolognese leader nella fornitura di sistemi automatici per il packaging farmaceutico e cosmetico, è stato quello di ottimizzare i processi di gestione delle scorte e di picking di due categorie specifiche di prodotti: gli utensili, gestiti dal reparto attrezzeria ed i DPI, gestiti dal reparto sicurezza. Dopo una fase iniziale di osservazione diretta sul campo, finalizzata rilevare le principali criticità dei processi, lo studio si è concentrato sull'identificazione degli articoli principalmente consumati dai reparti e sulla definizione del loro consumo medio. In funzione delle esigenze dei diversi settori coinvolti, sono state, per entrambi i reparti, avanzate delle proposte di soluzione che riguardano sia l'introduzione di un nuovo modello di gestione delle scorte, accompagnato da un nuovo sistema di monitoraggio delle giacenze, che la riorganizzazione del flusso informativo relativo alla gestione degli ordini. Oltre che sul flusso informativo, il focus è stato posto anche sul flusso fisico degli articoli, con l’obiettivo di eliminare gli sprechi legati alle movimentazioni degli operatori tra i reparti. A tale scopo, dopo aver analizzato l'attuale processo di picking, è stata avanzata una proposta di soluzione che prevede l'introduzione di alcuni punti di prelievo direttamente all’interno dei reparti produttivi, appositamente collocati e dimensionati per minimizzare gli spostamenti degli operatori. Nella parte finale dell’elaborato vengono trattate le soluzioni proposte dal punto di vista economico e ne vengono illustrati i possibili sviluppi futuri.

Elaborazione di immagini aeree per il monitoraggio del territorio

A causa dei cambiamenti climatici sempre più frequentemente si verificano disastri ambientali come frane, alluvioni e incendi. Il suolo italiano risente particolarmente di questi eventi, considerati molto gravosi, sia in termini di vite umane che in senso economico. Una soluzione affidabile e con tempi di risposta veloci per il rilevamento delle frane potrebbe migliorare la prevenzione di questi fenomeni. I tradizionali metodi di rilevamento aereo possono richiedere ingenti risorse finanziarie e necessitano di una fase di pianificazione dei voli che rischia di essere incompatibile con i tempi di risposta richiesti. Una possibile alternativa per risolvere i problemi della raccolta di immagini tramite aerei ed elicotteri potrebbe essere basata sull’uso di droni con a bordo videocamere e l'applicazione di algoritmi in grado di elaborare immagini in tempi veloci per individuare le aree soggette a dissesto idrogeologico. Riguardo all'elaborazione delle immagini, sono stati recentemente introdotti degli algoritmi che sembrano promettenti per identificare in maniera quasi immediata le frane grazie a piattaforme aeree sia piloate che autonome. In questo elaborato di tesi si propongono i risultati ottenuti da prove svolte su un modello di reti convoluzionali denominato U-Net e si fa una valutazione della sua efficacia nel riconoscimento automatico delle frane. I risultati ottenuti suggeriscono che la presente implementazione della rete potrebbe, però, presentare criticità nell'individuazione di frane in un'immagine. Per gli sviluppi futuri, si suggerisce di modificare la rete convoluzionale, oppure di utilizzare banche dati differenti per l'allenamento dell'algoritmo.