The quantum time-dependent harmonic oscillator

La presente tesi si propone di mostrare che l’oscillatore armonico quantistico dipendente dal tempo è un sistema risolvibile in maniera esatta. La trattazione è articolata in tre capitoli: nel primo viene richiamata la teoria dell’oscillatore armonico quantistico indipendente dal tempo, al fine di recuperare i concetti e le metodologie che sono comuni anche alla sua controparte dipendente dal tempo. Nel secondo capitolo viene fornita una breve introduzione alla teoria degli operatori invarianti dipendenti dal tempo, di cui ci interessa la loro relazione con le soluzioni dell’equazione di Schrödinger. Infine, nel terzo capitolo viene presentato il problema dell’oscillatore armonico quantistico dipendente dal tempo e discussa la sua soluzione esatta. In aggiunta se ne individuano gli stati coerenti.

Transizioni di fase: da Ising alla ferroelettricità

La ferroelettricità è la proprietà di alcuni materiali solidi di presentare una polarizzazione elettrica in assenza di campo elettrico. Tutti i materiali ferroelettrici sin'ora studiati esibiscono anche proprietà piezoelettriche, ossia si deformano in maniera elastica quando sottoposti ad un campo elettrico e, viceversa, si polarizzano se soggetti a deformazioni meccaniche. Questa sensibilità a stimoli elettrici e meccanici rende questi materiali particolarmente interessanti da un punto di vista pratico: applicazioni importanti si trovano nella nanotecnologia (e.g. memory devices), nella sensoristica e nell'energy harvesting. Lo scopo dell'elaborato è fornire un'introduzione allo studio delle transizioni ferroelettriche. Inizialmente il fenomeno delle transizioni di fase viene affrontato utilizzando come riferimento il caso standard dei materiali ferromagnetici: a tal riguardo viene presentato il modello di Ising, che rappresenta il paradigma per la descrizione di fenomeni collettivi in numerosi ambiti. In seguito viene presentata la teoria fenomenologica di Landau, dove si interpreta il fenomeno sulla base delle simmetrie del sistema, utilizzando un approccio di campo medio. Successivamente viene introdotto il tema centrale dell'elaborato, ossia le transizioni ferroelettriche, analizzando similitudini e differenze dal caso ferromagnetico; in particolare si presenta un' applicazione della teoria fenomenologica di Landau-Devonshire allo studio della transizione ferroelettrica del BaTiO3, un cristallo del gruppo delle perovskiti. L'ultima parte dell'elaborato ha lo scopo di introdurre un approccio più moderno allo stesso fenomeno, che utilizza la teoria quantistica del funzionale densità (DFT): utilizzando il pacchetto software VASP viene esposto un semplice calcolo a primi principi dell'energia del sistema in funzione degli spostamenti atomici, mettendone in luce la centralità nella transizione in esame.

Magnitudini, colori e sistemi fotometrici

La luce è il mezzo con cui ricaviamo informazioni sull'universo che studiamo ma per poter ottenere queste informazioni sono necessarie le strumentazioni di raccolta dati e sopra ogni cosa diviene fondamentale l'impianto teorico solidamente costruito attraverso i secoli accumulati dalla nostra disciplina. Nella prima parte una breve introduzione storica per poter capire come siamo arrivati alla modernità. Subito dopo formule e definizioni per avere il quadro completo sui 3 argomenti con le relative dimostrazioni e sopratutto cosa si ricava da tali dati.

Modelli matematici nella crescita e nel trattamento dei tumori

Questa tesi tratta di alcuni semplici modelli matematici, formulati in termini di equazioni differenziali ordinarie, riguardanti la crescita dei tumori e possibili trattamenti per contrastarla. Nel primo capitolo viene data un'introduzione sulla stabilità dei punti di equilibrio di sistemi di equazioni differenziali ordinarie, mentre nel secondo capitolo vengono affrontati e confrontati tre modelli ad una equazione: il modello esponenziale, il modello logistico e il modello di Gompertz. Si introducono poi due modelli a due equazioni differenziali: uno riguardante l'angiogenesi a due compartimenti e l'altro riguardante un modello lineare-quadratico applicato alla radiobiologia. Viene fatto poi un accenno ad un modello con equazioni alle derivate parziali. Infine, nell'ultimo capitolo, viene introdotto un modello a tre equazioni differenziali ordinarie a tre compartimenti in cui viene studiata l'interazione tra tre popolazioni di cellule: cellule immunitarie effettrici, cellule ospiti e cellule tumorali.

Design e simulazione di un convertitore DC-DC per applicazioni automotive implementato mediante tecnologia GaN

L’obiettivo dell’elaborato è quello di presentare una soluzione di collegamento ed interfacciamento tra il supercondensatore (SC) dell’HESS (sistema ibrido di accumulo dell’energia situato all’interno di un veicolo elettrico) e il DC-link (bus che fornisce la potenza necessaria all’inverter che pilota il motore elettrico) attraverso un convertitore DC-DC ad alta efficienza che utilizzi tecnologie di potenza al nitruro di gallio (GaN). Il convertitore presentato è un convertitore DC-DC bidirezionale in configurazione Half-Bridge, esso dovrà funzionare in modalità Boost, ogni qualvolta il motore richieda energia extra dal SC, in modalità Buck per ricaricare il SC durante la frenata rigenerativa. In seguito ad un’introduzione ai veicoli elettrici, alla loro architettura e al perché il SC è così fondamentale, verrà presentata una breve introduzione ai convertitori di potenza (Capitolo 1). Si passerà poi alla presentazione delle tecnologie GaN mostrando come esse rappresentino il futuro dell’elettronica di potenza grazie ai loro numerosi vantaggi (Capitolo 2). Nel capitolo 3 si entrerà nel vivo della progettazione, è qui che sarà progettata ed implementata la soluzione proposta. Verrà effettuata una prima simulazione del circuito, tenendo conto degli effetti parassiti dei soli componenti, attraverso l’ausilio del software LTSpice. Il Capitolo 4 prevede una breve introduzione alle tecniche di layout, utili nella costruzione del circuito stampato presentata all’interno del medesimo capitolo. Il PCB sarà modellato mediante un secondo software denominato KiCAD. Infine, nel Capitolo 5, si procederà con la simulazione elettromagnetica del circuito stampato, essa permetterà di individuare gli effetti parassiti dovuti alle non idealità del layout e di mostrare l’effettiva differenza di efficienza tra un caso semi-ideale e un caso semi-reale.

REVERSAL LEARNING Il ruolo della dopamina nei meccanismi dell’apprendimento.

Il reversal learning (o apprendimento inverso) è la capacità di un soggetto di invertire una regola precedentemente appresa per adattarsi a un cambiamento avvenuto nell’ambiente esterno. Nel primo capitolo vengono esposte alcune strutture anatomiche generalmente coinvolte nell’apprendimento e negli aspetti motorio, cognitivo e decisionale dell’essere umano, quali i gangli della base. Poiché alcune zone dei gangli della base sono costituite da neuroni dopaminergici, viene introdotta l’importanza della dopamina per l’apprendimento e viene spiegato il suo ruolo all’interno del modello neuro computazionale tradizionale dei gangli della base. Dopo aver illustrato in cosa consiste l’apprendimento classico, in cosa consiste l’apprendimento operante e il ruolo della ricompensa in seguito al conseguimento di un’azione, viene approfondito il concetto di apprendimento per rinforzo, di punizione e di errori di previsione. La comprensione di queste forme di apprendimento dovuto a stimolo-azione-ricompensa/punizione e di cosa si intende per errori di previsione risulta fondamentale per capire l’apprendimento inverso; infatti, quest’ultimo viene presentato al lettore solamente nel secondo capitolo. Successivamente alla sua introduzione, vengono esposti/e alcuni disturbi/patologie con lo scopo di evidenziare il motivo per cui l’abilità di inversione risulti invalidata nei soggetti che ne sono affetti. Ciò permette di delineare un quadro generale sull’apprendimento inverso e su come esso risulti corretto o compromesso in un soggetto in base alla sua condizione di salute. Infine, nel terzo capitolo viene illustrato un recentissimo modello matematico volto a descriverlo in maniera più dettagliata.

Mechanical characterization of 3D bioprinted meniscus

Le lesioni del menisco sono le più comuni nella società di oggi: si verificano per un trauma meccanico o per cambiamenti degenerativi nella composizione dei tessuti. In caso di rottura o danneggiamento si interviene mediante riparazione del menisco, menisectomia parziale o totale, o allotrapianto, ma tali tecniche portano a degenerazione della cartilagine articolare, aumento dello stress sull'articolazione tibiale e infiammazione. Gli impianti di sostituzione presenti in commercio non riescono a ricreare il tessuto naturale del ginocchio o a prevenire malattie degenerative della cartilagine; si cerca quindi di creare un menisco meccanicamente e chimicamente simile a quello nativo. In questo studio è realizzato, tramite stampante 3D, uno scaffold di alginato e nanocellulosa, con condrociti umani al suo interno. Le cellule sono opportunamente coltivate, raggruppate a formare sferoidi di diverse concentrazioni (5000 e 10000 cellule/sferoide) e inserite all'interno di scaffold caratterizzati rispettivamente da 4000 e 2000 sferoidi/ml di inchiostro. Le loro proprietà meccaniche, insieme a quelle del campione costituito dal solo bio-inchiostro, sono caratterizzate mediante nanoindentazione. Un'analisi statistica (0.05% di significatività), ha appurato una differenza nelle proprietà meccaniche dei campioni con diverse concentrazioni di sferoidi, e tra questi e il campione senza sferoidi. Il modulo elastico e la durezza riscontrati (kPa): E=23.97±13.05, H=3.15±1.23 nel controllo negativo, E=35.34±7.28, H=4.37±0.79 nel campione da 2000 sferoidi/ml e E=49.28±9.75, H=5.44±0.87 nel campione da 4000 sferoidi/ml. In conclusione, la formazione di agglomerati di cellule e la loro introduzione all'interno di uno scaffold è possibile ed è un buon metodo per controllare il numero di cellule inserite, in termini di sferoidi. Gli organoidi contribuiscono al modulo elastico e alla durezza del campione, determinando un incremento e una maggiore equità nelle proprietà meccaniche.

Studio di modelli a raggi per Superfici Intelligenti Riconfigurabili

In questa trattazione viene presentato lo studio di un modello a raggi che permette di simulare il comportamento macroscopico delle Superfici Intelligenti. L’ottimizzazione del canale radio, in particolare dell’ambiente di propagazione, si rivela fondamentale per la futura introduzione del 6G. Per la pianificazione della propagazione in ambienti ampi, risulta necessario implementare modelli di simulazione. I modelli a raggi possono essere integrati più facilmente all’interno di algoritmi per le previsioni di campo computazionalmente efficienti, come gli algoritmi di Ray Tracing. Nell’elaborato si è analizzato il comportamento del modello, con riferimento a tre funzioni tipiche realizzate da una Superficie Intelligente: il riflettore anomalo, la lente focalizzante e la lente defocalizzante. Attraverso una griglia di ricevitori è stato calcolato il campo dell’onda nelle varie configurazioni. Infine, si sono confrontati i risultati ottenuti con quelli del modello elettromagnetico.

Machine Learning in Applicazione alla Prevenzione del Morbo di Alzheimer

Il morbo di Alzheimer è ancora una malattia incurabile. Negli ultimi anni l'aumento progressivo dell'aspettativa di vita ha contribuito a un'insorgenza maggiore di questa patologia, specialmente negli stati con l'età media più alta, tra cui l'Italia. La prevenzione risulta una delle poche vie con cui è possibile arginarne lo sviluppo, ed in questo testo vengono analizzate le potenzialità di alcune tecniche di Machine Learning atte alla creazione di modelli di supporto diagnostico per Alzheimer. Dopo un'opportuna introduzione al morbo di Alzheimer ed al funzionamento generale del Machine Learning, vengono presentate e approfondite due delle tecniche più promettenti per la diagnosi di patologie neurologiche, ovvero la Support Vector Machine (macchina a supporto vettoriale, SVM) e la Convolutional Neural Network (rete neurale convoluzionale, CNN), con annessi risultati, punti di forza e principali debolezze. La conclusione verterà sul possibile futuro delle intelligenze artificiali, con particolare attenzione all'ambito sanitario, e verranno discusse le principali difficoltà nelle quali queste incombono prima di essere commercializzate, insieme a plausibili soluzioni.

Valutazione delle tecniche di parallelizzazione nell'addestramento di una CNN per la diagnostica del cancro al seno.

Il cancro è un processo autosufficiente e adattivo che interagisce dinamicamente con il suo microambiente, la cui diagnosi, complessa e dispendiosa in termini di tempo e numero di specialisti impiegati, viene solitamente effettuata valutando l’imaging radiografico oppure effettuando un esame istologico. L'interpretazione di tali immagini risulta generalmente molto complessa, a questo scopo sarebbe molto utile poter addestrare un computer a comprendere tali immagini potendo di fatto affiancarsi allo specialista, senza sostituirlo, al momento della diagnosi. A questo scopo è possibile affidarsi alle tecniche di apprendimento automatico, sistema alla base dell’intelligenza artificiale (AI), le quali permettono di fatto di apprendere automaticamente la rappresentazione delle caratteristiche da immagini campione. Tali tecniche di intelligenza artificiale, hanno però bisogno, per essere addestrate, di grandi quantità di dati in cui il segnale di uscita desiderato è noto, comportando di fatto un aumento delle tempistiche di addestramento. Inoltre, in ambito sanitario, i dati sono distribuiti su più archivi, dislocati sul territorio nazionale, rendendo impossibile l’utilizzo di soluzioni centralizzate. L’obbiettivo di questa trattazione sarà cercare di trovare una soluzione a queste due problematiche, ricorrendo all’utilizzo delle tecniche di parallelizzazione. A seguito dell'introduzione dello scenario biologico e delle tecniche di diagnostica ad esso associato è presentato il percorso di creazione della rete neurale. A seguito del suo addestramento sulla GPU di una singola macchina, ottenendo un'accuratezza dell'83.94% in 5 ore 48 minuti e 43 secondi, è stata introdotto la parallelizzazione ed una sua implementazione. In conclusione, sfruttando il sistema implementato, è stata distribuita la fase di addestramento prima su due macchine e poi su tre, ottenendo una diminuzione del tempo di addestramento rispettivamente del 31.4% e del 50%.

Il Teorema di Connettività per i Campi Vettoriali di Hörmander, e Applicazioni

Lo scopo di questa Tesi di Laurea è quello di dimostrare il Teorema di Connettività per un sistema di Hörmander di campi vettoriali, il quale ci fornisce una condizione sufficiente alla connessione di un aperto di R^N tramite curve integrali a tratti dei campi vettoriali stessi e dei loro opposti, e presentarne alcune applicazioni. Nel primo Capitolo daremo i prerequisiti necessari alla trattazione degli altri tre, con particolare attenzione ad un Lemma che mette in relazione le curve integrali del commutatore di m campi vettoriali con la composizione di un opportuno numero di mappe flusso dei campi vettoriali che costituiscono il commutatore. Il secondo Capitolo è interamente dedicato alla dimostrazione del Teorema di Connettività e all'analisi della definizione delle curve subunitarie in un aperto rispetto ad una famiglia di campi vettoriali X, dette curve X-subunitarie. Nel terzo Capitolo forniremo una introduzione alla distanza di Carnot-Carathéodory, detta anche distanza di X-controllo, arrivando a dimostrare il notevolissimo Teorema di Chow-Rashewskii, il quale ci fornisce, sotto le ipotesi del Teorema di Connettività, una stima tra la metrica Euclidea e la distanza di X-controllo, mediante due disuguaglianze. Queste ultime implicano anche una equivalenza tra la topologia indotta dalla distanza di X-controllo e la topologia Euclidea. Nel quarto e ultimo Capitolo, indagheremo gli insiemi di propagazione tramite curve integrali dei campi vettoriali in X e tramite curve X-subunitarie. Utilizzando la definizione di invarianza di un insieme rispetto ad un campo vettoriale e avvalendosi del Teorema di Nagumo-Bony, dimostreremo che: la chiusura dei punti raggiungibili, partendo da un punto P in un aperto fissato, tramite curve integrali a tratti dei campi vettoriali in X e dei loro opposti, è uguale alla chiusura dei punti raggiungibili, sempre partendo da P, tramite un particolare sottoinsieme di curve X-subunitarie C^1 a tratti.

Analisi e sviluppo di un sistema produttivo riconfigurabile (RMS) per un componente meccanico

L’intensificarsi della concorrenza globale, il rapido sviluppo delle tecnologie e le mutevoli richieste dei clienti hanno portato a una tendenza verso maggiori differenze nei requisiti dei clienti, maggiore necessità di personalizzazione, cicli di vita dei prodotti sempre più brevi e la necessità di una rapida introduzione di nuovi prodotti. I produttori devono tenere conto di queste nuove tendenze e devono essere in grado di fronteggiarle per ottenere un vantaggio competitivo. I sistemi di produzione riconfigurabili RMS sono adatti nella gestione di queste richieste in quanto il sistema può essere continuamente riconfigurato per adattarsi alle richieste del mercato in termini di volumi richiesti e personalizzazione esatta dai clienti. Lo sviluppo effettivo di RMS risulta, ad oggi, molto impegnativo per le aziende e questo è il principale motivo per il quale si ricorre ancora a sistemi di produzione maggiormente tradizionali come DMS e FMS. Questo elaborato definisce le caratteristiche fondamentali ed i principi di progettazione dei RMS, facendone un confronto con quelle dei sistemi DMS e FMS. Successivamente, partendo da un esempio industriale e seguendo i principi fondamentali dei RMS, si sviluppano dei concept di linea produttiva, con celle e stazioni idonee allo sviluppo di un sistema riconfigurabile. In ultima analisi, presso il laboratorio dell’Università di Aalborg, in Danimarca, vengono condotte prove pratiche sulla linea di produzione riconfigurabile Festo. Queste hanno permesso di mettere in luce gli aspetti di forza e le criticità di tali sistemi. Infine, vengono proposte idee per rendere più efficaci i RMS e vengono brevemente illustrate altre possibili tipologie di riconfigurazione in cui viene completamente stravolto il concetto di linea di produzione odierno.

Web Component per un Design System: un caso di studio aziendale

I contenuti e i servizi offerti dal Web hanno subito negli anni una costante e continua evoluzione, dovuti alla maggiore disponibilità di dispositivi in grado di navigarlo. Oggi i requisiti e le aspettative che gli utenti hanno nei confronti delle applicazioni Web sono sempre maggiori, desiderano un accesso ai contenuti sempre più rapido, interfacce semplici e facili da usare, oltre che reattive, e che tali contenuti siano accessibili da una vasta gamma di dispositivi che presentino sempre più funzionalità. Le aziende devono essere pronte a rispondere a queste esigenze e a fornire agli utenti finali la miglior esperienza possibile, rimanendo aggiornati sulle tecnologie per la creazione di applicazioni Web. Questo è ancora più importante per un'azienda possiede più prodotti, sviluppati da team diversi che usano tecnologie diverse. Per alcune aziende è importante che i propri prodotti, sebbene trattino tematiche differenti, si presentino con interfacce che rimandino al proprio marchio, non solo grazie al nome o al logo, quanto più nei componenti utilizzati per creare le interfacce. Succede così che i vari team devono progettare e sviluppare i componenti nella propria tecnologia, in modo che abbiano le stesse funzionalità, stesso stile e stesso comportamento in ogni situazione. Il più delle volte questo è difficile da realizzare e anche costoso da mantenere. Riuscire a centralizzare lo sviluppo di questi elementi in un unico punto aiuta l'azienda a mantenere bassi i costi di manutenzione e a rendere omogenea l'esperienza degli utenti tra i vari prodotti. Obiettivo del lavoro svolto è illustrare le potenzialità e l'utilità fornite dall'introduzione di una suite di componenti personalizzati, seguendo lo standard dei Web Component, all'interno dei prodotti forniti da una grande impresa. L'analisi si concentra sulll'esperienza di chi utilizza tali componenti all'interno dei propri progetti per creare l'interfaccia utente da presentare poi agli utenti finali.

Un viaggio nelle parole intraducibili: analisi della parola Sehnsucht e della sua variante, Heimweh, nel mondo globalizzato

In un mondo in cui tutto è connesso, in cui l’intensificazione di scambi commerciali su scala mondiale ha permesso di ottenere merci e prodotti provenienti da ogni paese e in cui l’abbattimento delle frontiere ha facilitato lo spostamento di persone, si è diffusa l’dea che la globalizzazione, rivendicando l’uomo moderno come flessibile, mobile e accomodante, abbia spazzato via i sentimenti della Sehnsucht e dell’Heimweh rilegandoli al passato. Lo scopo di questo studio è dimostrare che questi sentimenti sono presenti ancora oggi come allora. Dopo una breve introduzione sulle parole intraducibili nel primo capitolo, il secondo si concentra sull’approfondimento e sull’analisi di una di queste: la parola intraducibile Sehnsucht. A tal proposito viene spiegato il significato della parola con l'aiuto di esempi e definizioni, viene presentato uno studio psicologico di questo sentimento e vengono analizzate alcune delle sue numerose varianti. Nel terzo capitolo l’attenzione è rivolta proprio a una di queste varianti: la Sehnsucht nach Heimat, Heimweh (nostalgia di casa) e la sua percezione nel mondo globalizzato. Quest’ultimo capitolo, verte in particolare sulle differenze e le somiglianze tra il sentimento di nostalgia provato da chi lascia volontariamente la sua casa e il suo paese (che sia per svago, per studio, per lavoro o semplicemente per fare una nuova esperienza all’estero) e il sentimento di nostalgia percepito invece, da chi è costretto a farlo per cause non dipendenti dalla sua volontà (che sia per una guerra, per una crisi economica, per problemi finanziari o per motivi politici). Per spiegare al meglio questa differenza è stata condotta un’analisi di due racconti brevi che spiegano le rispettive situazioni. Per i primi è stato scelto il racconto breve di Sibylle Berg Hauptsache weit, per i secondi invece, die Sehnsucht fährt schwarz di Rafik Schami.

AlmaBike: una piattaforma web per aggregare e visualizzare dati sull'inquinamento da sensori IoT

L'inquinamento è un pensiero costante nel ventunesimo secolo. Ogni anno, i ricercatori cercano di trovare nuove metodologie e tecnologie per controllarlo e ridurlo. Per questo motivo l’Università di Bologna ha avviato svariati progetti per contrastare le problematiche ambientali. Una delle iniziative è AlmaBike. Sono biciclette che vengono assegnate nella forma di comodato gratuito al personale universitario e agli studenti. Nell'ultimo periodo, 50 AlmaBike sono state dotate di un pacchetto sensori in grado di rilevare posizione GPS, la qualità dell’aria, il rumore e alcuni parametri ambientali. Gli obiettivi perseguiti sono: sperimentare un sistema che permetta la misurazione di dati in merito alla qualità ambientale del comune di Bologna e misurare la rilevanza della consapevolezza della qualità dell’aria nella scelta di percorsi da parte di un utente, ad esempio casa-lavoro. L’obiettivo di questa tesi è quello di creare un applicativo che permetta la fruizione dei dati raccolti dai vari sensori attraverso l’uso di tecniche di Data Visualization. I dati vengono elaborati e organizzati con lo scopo di permetterne la comprensione anche ad utenti inesperti. La tesi è suddivisa in tre capitoli: nel primo capitolo sono stati approfonditi i concetti inerenti alla sostenibilità riprendendo quanto detto a proposito degli obiettivi dell'Agenda 2030, facendo anche una breve introduzione sul concetto di IoT e sensori; nel secondo capitolo vengono presentate le tecnologie utilizzate per la realizzazione dell’applicativo tra cui: Docker, MySQL, Angular, Typescript, Golang; nel terzo capitolo viene mostrata nel dettaglio l'applicazione creata: dalle scelte progettuali, fino ad arrivare al risultato finale.