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.

Tecniche di apprendimento automatico per la ricerca di eventi top-top con l’esperimento ATLAS a LHC

Il Modello Standard è attualmente la teoria che meglio spiega il comportamento della fisica subnucleare, includendo la definizione delle particelle e di tre delle quattro forze fondamentali presenti in natura; risulta però una teoria incompleta sulle cui integrazioni i fisici stanno lavorando in diverse direzioni: uno degli approcci più promettenti nella ricerca di nuova fisica risulta essere quello delle teorie di campo efficaci. Il vertice di interazione del processo di produzione di coppie di quark top dello stesso segno a partire da protoni è fortemente soppresso nel Modello Standard e deve quindi essere interpretato con le teorie di campo efficaci. Il presente elaborato si concentra su questo nuovo approccio per la ricerca di quark top same-sign e si focalizza sull’utilizzo di una rete neurale per discriminare il segnale dal fondo. L’obiettivo è capire se le prestazioni di quest’ultima cambino quando le vengono fornite in ingresso variabili di diversi livelli di ricostruzione. Utilizzando una rete neurale ottimizzata per la discriminazione del segnale dal fondo, le si sono presentati tre set di variabili per l’allenamento: uno di alto livello, il secondo strettamente di basso livello, il terzo copia del secondo con aggiunta delle due variabili principali di b-tagging. Si è dimostrato che la performance della rete in termini di classificazione segnale-fondo rimane pressoché inalterata: la curva ROC presenta aree sottostanti le curve pressoché identiche. Si è notato inoltre che nel caso del set di variabili di basso livello, la rete neurale classifica come input più importanti gli angoli azimutali dei leptoni nonostante questi abbiano distribuzioni identiche tra segnale e fondo: ciò avviene in quanto la rete neurale è in grado di sfruttare le correlazioni tra le variabili come caratteristica discriminante. Questo studio preliminare pone le basi per l’ottimizzazione di un approccio multivariato nella ricerca di eventi con due top dello stesso segno prodotti a LHC.

Le tecniche di irradiazione corporea totale per il trattamento della leucemia linfoblastica acuta

La radioterapia è una terapia medica molto utilizzata in campo oncologico. I diversi tipi di radiazione e di tecniche permettono di trattare, con diversi fini, una vasta gamma di neoplasie. Secondo i dati dell’AIRO, l’Associazione Italiana di Radioterapia e Oncologia clinica, nel 2020 sono stati trattati con la radioterapia circa 100mila pazienti in Italia, che conta 183 centri di radioterapia tra pubblici e privati, cioè circa 3 centri per milione di abitanti. La Società Europea di Radioterapia Oncologica, basandosi sullo studio ESTRO-HERO del 2014, suggerisce come parametro di confronto a livello nazionale o internazionale il numero di apparecchiature di radioterapia per milione di abitanti, e le Direttive Europee ne raccomandano un valore minimo di 7 unità. In questo elaborato, espongo l’evoluzione della radioterapia tramite la presentazione delle sue diverse tipologie, per poi concentrarmi sulla irradiazione corporea totale (Total Body Irradiation – TBI) nel caso studio della leucemia linfoblastica acuta (LLA). Il Capitolo 1 introduce la radioterapia e la sua principale suddivisione in esterna e interna, con i relativi sottogruppi. Viene poi spiegato come si valuta il volume bersaglio e vengono presentati il personale e le fasi del trattamento. Il Capitolo 2 introduce alla leucemia e alla LLA. Viene poi spiegato il trattamento di trapianto e quello di condizionamento. Infine, espongo la tecnica della TBI, le sue prestazioni ed i suoi limiti. Nelle conclusioni e future direzioni, valuto il problema della tossicità ed espongo le principali evoluzioni nell’uso della TBI.

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.

Applicazioni di tecniche della lean manufacturing e di algoritmi euristici costruttivi ad un layout a reparti

Il layout di un sistema di stoccaggio è un fattore caratteristico e cruciale nell’organizzazione del lavoro e dei flussi di materiale di un’azienda, se le condizioni di partenza non sono soddisfacenti è possibile passare da un layout AS-IS ad uno TO-BE che implementi alcune caratteristiche ricercate. Per intervenire sul layout AS-IS del magazzino in maniera funzionale, e poterne poi sviluppare uno in parte ex-novo, è stato necessario attraversare 3 diverse fasi che ridisegnassero il magazzino. Nella prima fase sono state applicate alcune tecniche di lean manufacturing con lo scopo di eliminare il superfluo e riorganizzare ciò che effettivamente fosse funzionale al lavoro eseguito quotidianamente. Lavorando assieme all’operatore addetto al magazzino è stato possibile raggiungere ottimi risultati sia da un punto di vista qualitativo che quantitativo. Nella seconda fase si è affrontato il problema dello storage assignment che consiste nell’assegnare la diversa merce all’interno del magazzino. Il maggior spazio ottenuto dall’applicazione delle tecniche di lean manufacturing è stato determinante per la scelta di una politica class-based storage. Utilizzando questa politica è stato possibile definire con precisione il numero e la grandezza dei reparti di cui necessitava il magazzino. Le prime due fasi ed i loro risultati operativi tra cui: maggior ordine creato, incremento dello spazio disponile e definizione dei reparti nel magazzino; sono stati fondamentali per poter applicare alcuni algoritmi euristici risolutivi che sviluppassero delle soluzioni di layout TO-BE. Non avendo flussi di materiali costanti ma basandosi soprattutto su lavoro a commessa o lavorazioni di manutenzione su prodotti già consegnati sono stati utilizzati unicamente degli algoritmi costruttivi. Nello specifico sono stati utilizzati 4 diversi algoritmi TCR, Aldep, Corelap e RDM per rendere l’intera trattazione più esaustiva.

Tecniche di pianificazione automatica in giochi con regole dinamiche: sviluppo di un agente intelligente per la Keke Competition.

L'intelligenza artificiale (IA) trova nei giochi un campo di applicazione molto vasto, nel quale poter sperimentare svariate tecniche e proporre nuove stimolanti sfide che spingano i partecipanti ad esplorare nuovi orizzonti nell'ambito delle applicazioni di IA. La Keke AI Competition rappresenta una di queste sfide, introducendo una gara tra agenti intelligenti per il gioco Baba is You, puzzle game in cui i giocatori possono creare regole che influenzano le meccaniche del gioco in maniera temporanea o permanente. La natura di queste regole dinamiche crea una sfida per l'intelligenza artificiale, che deve adattarsi ad una varietà di combinazioni di meccaniche per risolvere un livello. Questo progetto di tesi si propone di realizzare un agente intelligente che possa idealmente partecipare alla competizione sfruttando tecniche di pianificazione automatica. In particolare, l'agente progettato si basa sull'algoritmo di pianificazione graphplan che opera a diversi livelli di astrazione posti in gerarchia tra loro ed è stato realizzato completamente in Prolog. Questo progetto mostra quindi come le tecniche di pianificazione automatica siano un valido strumento per risolvere alcune tipologie di giochi innovativi complessi nell'ambito dell'IA.

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.

Sviluppo di un sistema di climatizzazione automatico distribuito con l'utilizzo di tecniche di machine learning

Nella sede dell’azienda ospitante Alexide, si è ravvisata la mancanza di un sistema di controllo automatico da remoto dell’intero impianto di climatizzazione HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) utilizzato, e la soluzione migliore è risultata quella di attuare un processo di trasformazione della struttura in uno smart building. Ho quindi eseguito questa procedura di trasformazione digitale progettando e sviluppando un sistema distribuito in grado di gestire una serie di dati provenienti in tempo reale da sensori ambientali. L’architettura del sistema progettato è stata sviluppata in C# su ambiente dotNET, dove sono stati collezionati i dati necessari per il funzionamento del modello di predizione. Nella fattispecie sono stati utilizzati i dati provenienti dall’HVAC, da un sensore di temperatura interna dell'edificio e dal fotovoltaico installato nella struttura. La comunicazione tra il sistema distribuito e l’entità dell’HVAC avviene mediante il canale di comunicazione ModBus, mentre per quanto riguarda i dati della temperatura interna e del fotovoltaico questi vengono collezionati da sensori che inviano le informazioni sfruttando un canale di comunicazione che utilizza il protocollo MQTT, e lo stesso viene utilizzato come principale metodo di comunicazione all’interno del sistema, appoggiandosi ad un broker di messaggistica con modello publish/subscribe. L'automatizzazione del sistema è dovuta anche all'utilizzo di un modello di predizione con lo scopo di predire in maniera quanto più accurata possibile la temperatura interna all'edificio delle ore future. Per quanto riguarda il modello di predizione da me implementato e integrato nel sistema la scelta è stata quella di ispirarmi ad un modello ideato da Google nel 2014 ovvero il Sequence to Sequence. Il modello sviluppato si struttura come un encoder-decoder che utilizza le RNN, in particolare le reti LSTM.

Tecniche avanzate per le previsioni di rottura delle auto

La tesi ha come obiettivo quello di confrontare i metodi di previsione delle rotture affrontati durante il corso di studi e avvalorati dal libro di Horst Rinne del 2008. Nell'applicare la teoria al sistema reale, si evincono i problemi che sorgono nelle previsioni, come: l’incertezza, la mancanza e l’impossibilità di utilizzo della totalità dei dati a disposizione. E' stato necessario, pertanto, adattare i dati prima di utilizzarli e sfruttare nuovi metodi per raggiungere i risultati prefissati.

Design e produzione mediante tecniche additive di un tutore ortopedico per aumentare comfort e sicurezza durante il trattamento oncoematologico

Il progetto si presenta come un miglioramento di una particolare terapia sanitaria, dove la maggior parte dei pazienti, soprattutto quelli in un’età delicata, possono avvertire determinati problemi fisici o psicologici. La terapia in questione è la Chemioterapia, che consiste nella somministrazione di una o più sostanze capaci di aggredire le cellule tumorali che si moltiplicano grazie a una fleboclisi, ovvero una procedura che è in grado di somministrare via endovenosa una sostanza come il trattamento appena citato, sfruttando alcune vene solide del braccio come la Basilica. Grazie a un’esperienza personale, pareri (dottoressa Antonella Sau) e coinvolgimenti di altri pazienti dell’associazione AGBE che hanno avuto un problema simile, è stato possibile progettare e inventare un tutore polimerico ad alta compatibilità dermatologica, in grado di immobilizzare l’arto usato nella terapia regalando una maggiore comodità e stabilità sia della fleboclisi che del braccio stesso. Inizialmente il tutore sarà ideato prendendo specifiche misure dell’avambraccio/gomito del singolo paziente, per poi stamparlo in 3D e portarlo ad effettuare i cicli somministrati per combattere la malattia. A fine di tutto, il paziente avrà sostenuto una cura delicata come la Chemioterapia con un maggiore comfort, maggiore stabilità psicologica e soprattutto meno complicanze come stravaso, infezioni varie, fuoriuscite di sostante chemioterapeutiche, gonfiori, depressione e irritazioni endovenose.

Applicazione della Metodologia Agile e di tecniche di Data Analysis nello sviluppo di un sistema di e-grocery

I principi Agile, pubblicati nell’omonimo Manifesto più di 20 anni fa, al giorno d’oggi sono declinati in una moltitudine di framework: Scrum, XP, Kanban, Lean, Adaptive, Crystal, etc. Nella prima parte della tesi (Capitoli 1 e 2) sono stati descritti alcuni di questi framework e si è analizzato come un approccio Agile è utilizzato nella pratica in uno specifico caso d’uso: lo sviluppo di una piattaforma software a supporto di un sistema di e-grocery da parte di un team di lab51. Si sono verificate le differenze e le similitudini rispetto alcuni metodi Agile formalizzati in letteratura spiegando le motivazioni che hanno portato a differenziarsi da questi framework illustrando i vantaggi per il team. Nella seconda parte della tesi (Capitoli 3 e 4) è stata effettuata un’analisi dei dati raccolti dal supermercato online negli ultimi anni con l’obiettivo di migliorare l’algoritmo di riordino. In particolare, per prevedere le vendite dei singoli prodotti al fine di avere degli ordini più adeguati in quantità e frequenza, sono stati studiati vari approcci: dai modelli statistici di time series forecasting, alle reti neurali, fino ad una metodologia sviluppata ad hoc.

Il ruolo delle tecniche geomatiche nella realizzazione di Digital Twin City: una sperimentazione sulla città di Bologna

L’incessante urbanizzazione e il continuo aumento della popolazione urbana stanno generando nuove sfide per le pubbliche amministrazioni, le quali necessitano soluzioni per la gestione sostenibile di risorse primarie (cibo, acqua, suolo, fonti energetiche) e la corretta pianificazione delle città, allo scopo di salvaguardare le condizioni ambientali, la salute dei cittadini e il progresso economico: in questo complesso panorama si afferma il concetto di Digital Twin City (DTC) o gemello digitale della città, la controparte virtuale di oggetti e processi in ambiente urbano in grado di comunicare con essi e di simularne, replicarne e predirne i possibili scenari. In questo contesto, un elemento essenziale è costituito dal modello geometrico 3D ad alta fedeltà dell'ambiente urbano, e la Geomatica fornisce gli strumenti più idonei alla sua realizzazione. La presente elaborazione si sviluppa in tre parti: nella prima è stata condotta un’analisi della letteratura sui DTC, in cui sono state evidenziate le sue caratteristiche principali come l’architettura, le tecnologie abilitanti, alcune possibili modellazioni, ostacoli, scenari futuri ed esempi di applicazioni reali, giungendo alla conclusione che un accurato modello 3D della città deve essere alla base dei DTC; nella seconda parte è stata illustrata nel dettaglio la teoria delle principali tecniche geomatiche per la realizzazione di modelli 3D ad alta fedeltà, tra cui le tecniche fotogrammetriche di aerotriangolazione e l’algoritmo Structure from Motion (SfM); nella terza e ultima parte è stata condotta una sperimentazione su tre zone campione del comune di Bologna di cui, grazie ad un dataset di fotogrammi nadirali e obliqui ottenuto da un volo fotogrammetrico realizzato nel 2022, sono state ottenute Reality Meshes e ortofoto/DSM. I prodotti della terza zona sono stati confrontati con i medesimi ottenuti da un dataset del 2017. Infine, sono state illustrati alcuni strumenti di misura e di ritocco dei prodotti 3D e 2D.

Applicazione delle tecniche della Lean Manufacturing con focus sul dimensionamento dei materiali a Kanban in un sistema produttivo: il caso Magni Telescopic Handlers.

L’attività di Tesi svolta presso l’azienda Magni Telescopic Handlers è stata finalizzata all’implementazione e l’ottimizzazione dei principi fondamentali della teoria della Lean Manufacturing. Lo scopo del percorso si è concentrato in prima battuta sulla valutazione e analisi delle previsioni dei consumi delle macchine, per poi proseguire con la realizzazione di un database aggiornato costituito esclusivamente dal materiale gestito a Kanban. In questa maniera è stato possibile predisporre la formulazione della mappatura dei componenti a Kanban lungo le tre linee di montaggio dell’azienda, per riuscire a verificare il corretto collocamento dei codici. Sono quindi successivamente sviluppate due metodologie di implementazione per il dimensionamento del Kanban al fine di ottimizzare i processi interni, in accordo con la filosofia Lean Thinking. Al termine dell'elaborato sono illustrati i risultati e i vantaggi che si sono ottenuti per consentire un miglior livello di ottimizzazione delle attività di montaggio lungo la linea e uno standard di efficienza produttiva più elevato.

Tecniche innovative microbiome-based per il recupero della vongola comune nelle aree ad alta mortalità nell’area FLAG dell’Emilia Romagna

Negli ultimi decenni sono state registrate preoccupati fenomeni di mortalità della vongola Chamelea gallina, in particolare nell’area costiera emiliano-romagnola e di cui non sono ancora state chiarite le cause. Il presente studio si è occupato di caratterizzare la comunità microbica associata alla vongola nella ghiandola digestiva, utilizzando il sequenziamento della regione ipervariabile V3-V4 del gene rRNA 16S, al fine di individuare fenomeni di disbiosi in aree ad elevata mortalità. Sono state quindi esplorate le variazioni stagionali (da luglio a novembre) nella struttura del microbiota della vongola e nell'ecosistema microbico dell'acqua di mare circostante, in quattro siti scelti ad hoc, secondo un gradiente di incidenza storica di mortalità, da Nord a Sud, tra le aree di Ravenna e Rimini. Lo stato di salute della vongola e del suo microbiota associato sono stati esplorati tramite, rispettivamente, l’indice di condizione e lo studio mediante NGS della composizione dell’ecosistema microbico intestinale. I nostri dati, sebbene preliminari, dimostrano come tra le aree Nord e Sud ci sia un comportamento differente e reciproco relativamente all’andamento stagionale dei valori di diversità interna (alfa) al microbiota della vongola, che si riduce dall’estate all’autunno nelle aree Nord (Ravenna e Lido di Savio), mentre aumenta - nello stesso periodo di tempo - nelle aree Sud (Rimini e Cesenatico). A conferma dei dati di alfa diversità, l’analisi mediante PCoA delle variazione del microbiota della vongola tra i quattro siti di indagine stratificate per stagione, dimostrano profonde differenze tra i due estremi nord-sud. In particolare, l’analisi integrata dei dati storici di produttività, indice di condizione e dinamica del microbiota della g.d. ci ha consentito di discriminare cinque famiglie microbiche come potenziali Growth Promoting Bacteria, poiché associate ad un picco di indice di condizione che si registra nelle aree a bassa mortalità, nel mese di settembre.

Stima dell'abbondanza di Tursiops truncatus nella provincia di Agrigento (Stretto di Sicilia)

Le zone marittime meridionali della Sicilia sono costantemente studiate per capire il loro stato ecologico e la biodiversità che nel tempo tende a cambiare. Uno dei fattori utili per approfondire l’analisi dell’ecosistema marino è lo studio e la stima delle popolazioni che occupano queste aree. Le popolazioni più soggette a questa ricerca sono quelle della specie del delfino tursiope (Tursiops truncatus), una delle poche appartenenti all’infraordine dei cetacei ad essere presente vicino alla costa. Ogni anno, questi mammiferi marini vengono studiati dall’ente presente nel territorio di Agrigento (Stretto di Sicilia), l’associazione MeRiS - Mediterraneo Ricerca e Sviluppo APS, per monitorare e aggiornare le informazioni sull’abbondanza e la distribuzione delle popolazioni, che si evolvono nel tempo. La presente ricerca vuole valutare e stimare l’abbondanza della popolazione del tursiope nelle acque antistanti la provincia di Agrigento, nello Stretto di Sicilia, grazie ai dati acquisiti negli avvistamenti effettuati dal 2016 al 2022. Attraverso la tecnica di foto-identificazione sono testati i metodi utilizzati dall’Associazione MeRiS, per offrire una visione della struttura sociale della specie, del suo areale di distribuzione e incrementare le conoscenze per lo studio dello stato ecologico nell’area di indagine. Lo studio ha dimostrato la capacità delle tecniche di stima messe in atto nella valutazione delle popolazioni. Inoltre, l’impegno nell’utilizzo della tecnica di campionamento della foto-identificazione è stato davvero fondamentale per il compimento sia di questa ricerca, ma anche per la maggior parte degli studi citati; perciò, questo metodo è senza ombra di dubbio uno dei mezzi più convenienti per il monitoraggio delle popolazioni marittime.