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%.

Dimostrazione di un modello analitico per la stima della produttività in una cella Seru-Seisan multiprodotto

A partire dal 1992, nell’industria elettronica giapponese, ha iniziato a diffondersi il sistema produttivo Seru Seisan: “Seru” in giapponese significa “organismo cellulare” e difatti questa modalità di produzione si basa sulla lavorazione di prodotti all’interno di celle. Esse sono formate da brevi tratti di nastro trasportatore, a seguito dello smantellamento di lunghe linee di assemblaggio, in cui lavorano un numero limitato di operatori multi-skilled. All’interno di un Seru possono essere lavorate più tipologie di prodotto ed ogni prodotto lavorato viene completato all’interno della cella stessa. Questo sistema produttivo a bassa automazione si rivela particolarmente adatto per operazioni di assemblaggio e consente di fronteggiare la dinamicità del mercato caratterizzata da elevata varietà e bassi volumi: il layout di un Seru, infatti, può essere riconfigurato rapidamente e richiede bassi investimenti in attrezzatura. In questo elaborato vengono presentati i Seru Seisan, descrivendone le principali caratteristiche e configurazioni unitamente alla loro origine. Dal momento che molti tentativi di applicazione di tale sistema produttivo risultano infruttuosi, soprattutto al di fuori del Giappone, viene proposto un quadro generale per l’implementazione e un algoritmo euristico per risolvere il problema di formazione e assegnazione degli operatori alle celle, minimizzando il costo totale di cross-training e bilanciando il carico di lavoro. Infine, viene presentato il lavoro di ricerca del presente elaborato che ha l’obiettivo di dimostrare il modello analitico che sta alla base del funzionamento di un Seru Divisionale, arrivando a stimare la produttività di una produzione multiprodotto. La formula a cui si giunge viene testata in due casi numerici reali, mostrando come alla progressiva diminuzione del numero di operatori all’interno di una cella, si ottenga un aumento della produttività della cella stessa.

Regolazione del ciclo di accensione spegnimento delle soffianti in vasca di areazione ed efficienza di rimozione dell’azoto: sperimentazioni presso il depuratore di Corpo Reno (FE)

Presso il depuratore di Corporeno, Comune di Cento (FE), si sono verificati dei superamenti dei limiti di legge per l’Azoto totale, Nitrico e Ammoniacale nei campioni di reflui in uscita. La società di gestione del depuratore ha iniziato a regolare il tenore di ossigeno in vasca di ossinitrificazione mediante il monitoraggio del potenziale Redox. Dall’analisi dei dati di monitoraggio e dai risultati delle analisi chimiche sui reflui in ingresso e uscita dall’impianto, si è evidenziato che tale operazione ha consentito di migliorare le prestazioni dell’impianto, tuttavia la modalità di gestione delle soffianti in vasca di ossinitrificaizione non consente un pieno controllo delle concentrazioni in uscita. Lo studio di alcune pubblicazioni (in particolare Charpentier et al. 1998 e Hao e Huang, 1996) ha consentito di individuare una metodologia di controllo dei processi in vasca che si basa sia sul potenziale di ossidoriduzione che sul pH, oltre alla concentrazione di ossigeno. L’analisi di alcuni dati di monitoraggio in continuo ha evidenziato una crisi del processo di denitrificazione. Si sono individuate tre differenti strategie di mitigazione della problematica: uno studio e sperimentazione sia in laboratorio che in vera grandezza per definire un sistema di monitoraggio real time dell’accensione delle soffianti basato sulla curva di Hao e Huang (1996), una modifica all’impianto che preveda il corretto ricircolo dalla miscela areata alle vasche di predenitrificazione, che allo stato attuale non stanno funzionando a regime ed infine una valutazione rispetto alla necessità di integrazione con fonte di carbonio esterna, in quanto i valori di BOD in ingresso potrebbero essere limitanti per la denitrificazione.

Vettore energetico idrogeno: specificità per un'adeguata sperimentazione

L'elaborato analizza, in maniera generica, come avviene la produzione, lo stoccaggio ed il trasporto dell'idrogeno e valuta i mezzi che sfruttano l'idrogeno come combustibile: i veicoli a fuel cell e i veicoli con motori a combustione interna alimentati a idrogeno (H2ICE). Poiché le proprietà dell'idrogeno sono molto diverse rispetto a quelle dei combustibili convenzionali, queste nuove tecnologie necessitano di celle di prova appositamente progettate e dimensionate. L'elaborato, pertanto, descrive nel dettaglio quali sono le normative, le strumentazioni e gli standard da rispettare per garantire che, all'interno della sala, i test possano essere eseguiti in totale sicurezza. Inoltre, vengono esaminati i sistemi di consegna e dosaggio dell'idrogeno, passando poi al sistema di ventilazione che gioca un ruolo fondamentale nel funzionamento dei test. Infine, sono riportati esempi di specifici set-up sperimentali volti allo studio delle problematiche riscontrate nei motori a combustione interna alimentati a idrogeno. Nel primo set-up, vengono descritti i sistemi di controllo, il tipo di motore e tutti i sensori utilizzati per analizzare l'impatto che ha l'EGR sui motori H2ICE; mentre, nel secondo, vengono esaminati i fattori che inducono la detonazione e la relativa frequenza.

Studio della reazione di hydrogen-transfer di metil levulinato con etanolo in fase vapore: effetto del palladio supportato su catalizzatori contenenti zirconio

La valorizzazione di biomasse lignocellulosiche rappresenta la strada che la chimica può percorrere per svincolarsi dalle fonti fossili e virare verso un futuro incentrato sulla sostenibilità ambientale. In quest’ottica, l’acido levulinico (AL) e i suoi esteri, detti alchil levulinati, ottenibili dalla valorizzazione di biomasse di scarto, rappresentano una classe di composti di grande interesse industriale. Infatti, dalla loro riduzione è possibile ottenere g-valerolattone (GVL), un’importante molecola piattaforma per l’industria chimica, o alchil valerati, composti interessanti per diverse branche dell’industria chimica e per la formulazione di bio-carburanti. Già da tempo è nota la possibilità di effettuare la riduzione di AL in fase liquida in presenza di alcoli come H-Donor secondo un meccanismo detto Catalytic Transfer Hydrogenation che può essere promosso da ossido di zirconio (ZrO2). Recentemente, è stato ottimizzato un processo che impiega i reagenti appena citati in un reattore continuo operante in fase gassosa con ZrO2 come catalizzatore. In questo lavoro, si è dopato tale sistema catalitico con palladio, al fine di promuovere le reazioni di riduzione consecutiva al GVL e si sono ottimizzati i parametri operativi come tempo di contatto, temperatura e rapporto tra substrato e H-Donor.

Effetto del trattamento Steady-Wine sulla Shelf life dei vini

Il trattamento “Steady Wine” rappresenta una possibile risorsa per combattere l’insorgenza di fenomeni di casse proteica nei vini. Per il trattamento viene utilizzato un materiale adsorbente ottenuto funzionalizzando sfere inerti in vetro con nanopolveri di TiO2 sinterizzate a formare uno strato sottile. Lo scopo di questo elaborato è di analizzare gli eventuali effetti dell’impiego di biossido di titanio sulla shelf-life dei vini. Il TiO2 è infatti un materiale catalizzatore in grado di velocizzare le reazioni di ossidazione chimica che avvengono all’interno del vino. Per le analisi sono analizzati vini commerciali e soluzioni similvino. Tutti i vini e le soluzioni modello sono stati suddivisi e classificati in tre tesi che includevano il vino ottenuto dal trattamento e i relativi controlli. I campioni sono stati conservati in diverse condizioni di invecchiamento, aspetto fondamentale, specialmente l’eventuale esposizione a raggi luminosi, poiché capace di influenzare l’attività foto-catalizzante del TiO2. Sono stati monitorati nel tempo vari parametri relativi alle cinetiche di ossidazione come DO440nm e DO420nm (indice di imbrunimento) per verificare un eventuale effetto catalitico del TiO2. Sono stati osservati anche i livelli di SO2 e della speciazione del Fe per verificare il consumo di O2 da parte del materiale. Utilizzando l’ICP-AES sono stata analizzate le concentrazioni di metalli, per evidenziare eventuali cessioni all’interno del vino; particolare attenzione è stata data all’analisi ai metalli catalizzatori presenti (Cu e Fe), per verificare un possibile effetto di rimozione. Infine, una breve parte della sperimentazione è stata dedicata allo studio della capacità del materiale adsorbente di rimuovere riboflavina e metionina, come premessa per una futura sperimentazione volta a studiare il potenziale effetto del trattamento nella prevenzione del difetto di luce.

Efficacia della riabilitazione in soggetti affetti da spondilite anchilosante nella riduzione del dolore: uno studio randomizzato controllato.

Introduzione: La spondilite anchilosante è un’infiammazione cronica e progressiva dello scheletro assiale, che colpisce principalmente la spina dorsale e le articolazioni sacro-iliache. Con il tempo, porta ad una riduzione della flessibilità della colonna e ad alterazioni posturali. La gestione della patologia risulta in alti costi da parte del Sistema Sanitario. È risaputo che la fisioterapia sia cruciale per ridurre i sintomi, ma non esiste ancora un protocollo, e gli effetti dei diversi tipi di esercizi rimangono incerti. Obiettivo: L’obiettivo del presente studio è quello di valutare l’efficacia di un programma di esercizi riabilitativi nei soggetti affetti da spondilite anchilosante rispetto al miglioramento del dolore, correlandolo con un eventuale miglioramento della mobilità. Materiali e metodi: Studio randomizzato controllato (RCT) monocentrico condotto in doppio cieco dal 29 Aprile 2021 e attualmente ancora in svolgimento presso l’Unità Operativa Complessa di Medicina Riabilitativa (UOCMR) Presidio Silvio Alvisi - Ausl di Imola. Hanno partecipato 36 soggetti, i quali sono stati randomizzati in due gruppi: 17 nel gruppo sperimentale (T) e 19 nel gruppo di controllo (C). Il gruppo T è stato sottoposto, oltre al trattamento biologico, mentre al gruppo C è stato somministrato il solo trattamento biologico. Risultati: I dati ottenuti denotano cambiamenti statisticamente significativi per quanto riguarda i punteggi BASFI e BASDAI nel breve termine (3 mesi) sia per il gruppo T che per il gruppo C. Non sono stati ottenuti risultati significativi nelle scale NRS e BASMI per il gruppo di trattamento. Conclusioni: Il trattamento riabilitativo si è dimostrato più efficace del solo trattamento biologico nella riduzione dell’attività di malattia e delle limitazioni funzionali. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi che testino più approfonditamente l’efficacia dell’esercizio riabilitativo nel risolvere la sintomatologia dolorosa e nel migliorare la mobilità spinale.

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.

Validation of microFE models of human metastatic vertebrae

La colonna vertebrale è uno dei principali siti per lo sviluppo delle metastasi ossee. Esse modificano le proprietà meccaniche della vertebra indebolendo la struttura e inducendo l’instabilità spinale. La medicina in silico e i modelli agli elementi finiti (FE) hanno trovato spazio nello studio del comportamento meccanico delle vertebre, permettendo una valutazione delle loro proprietà meccaniche anche in presenza di metastasi. In questo studio ho validato i campi di spostamento predetti da modelli microFE di vertebre umane, con e senza metastasi, rispetto agli spostamenti misurati mediante Digital Volume Correlation (DVC). Sono stati utilizzati 4 provini da donatore umano, ognuno composto da una vertebra sana e da una vertebra con metastasi litica. Per ogni vertebra è stato sviluppato un modello microFE omogeneo, lineare e isotropo basato su sequenze di immagini ad alta risoluzione ottenute con microCT (voxel size = 39 μm). Sono state imposte come condizioni al contorno gli spostamenti ottenuti con la DVC nelle fette prossimali e distali di ogni vertebra. I modelli microFE hanno mostrato buone capacità predittive degli spostamenti interni sia per le vertebre di controllo che per quelle metastatiche. Per range di spostamento superiori a 100 μm, il valore di R2 è risultato compreso tra 0.70 e 0.99 e il valore di RMSE% tra 1.01% e 21.88%. Dalle analisi dei campi di deformazione predetti dai modelli microFE sono state evidenziate regioni a maggior deformazione nelle vertebre metastatiche, in particolare in prossimità delle lesioni. Questi risultati sono in accordo con le misure sperimentali effettuate con la DVC. Si può assumere quindi che il modello microFE lineare omogeneo isotropo in campo elastico produca risultati attendibili sia per le vertebre sane sia per le vertebre metastatiche. La procedura di validazione implementata potrebbe essere utilizzata per approfondire lo studio delle proprietà meccaniche delle lesioni blastiche.

chemioterapia automatizzata: sistemi di controllo in retroazione per la crescita tumorale secondo il modello a derivate frazionarie

L’immunoterapia è una delle tecniche più all’avanguardia per la lotta contro il cancro e si basa sull’aumento delle prestazioni del sistema immunitario attraverso anticorpi monoclonali (ovvero farmaci immunoterapici). Grazie a questi, la terapia garantisce l’inibizione dei checkpoint immunologici, che permettono alle cellule del sistema immunitario di riconoscere la presenza del tumore e aggredirlo fino a eradicarlo. La tesi propone una soluzione frazionaria al problema della crescita tumorale, basandosi su un modello di Kuznetsov esteso dove viene presa in considerazione anche il parametro di concentrazione di Interleuchina-2. Tramite un’analisi di stabilità del modello proposto è possibile arrivare a un valore di sigma, ovvero il rateo di cellule effettrici, per il quale il sistema delle cellule tumorali viene completamente eradicato. Una volta trovata la condizione di stabilità e calcolato il valore di alpha (ordine della derivata frazionaria) che approssima al meglio la crescita tumorale nel caso reale, viene proposto un sistema di controllo automatico in retroazione basato sul numero di cellule effettrici per automatizzare il processo immunoterapico.

Sistemi smart per il miglioramento del processo di raccolta differenziata

Questo documento presenta un modello efficiente di gestione e di monitoraggio dei rifiuti basato sull’IoT per migliorare l’ambiente di vita nelle città. Il sistema proposto utilizza sensori e tecnologie di comunicazione che raccolgono ed elaborano in tempo reale dati trasmessi da cassonetti smart permettendo un’efficace gestione dell’igiene urbana e riducendo sconvenienti malfunzionamenti dei cassonetti, fastidiosi sia per i cittadini sia per gli operatori pubblici. Il risultato del progetto è un insieme di oggetti e processi interconnessi in un mondo, quello della raccolta dei rifiuti, in cui l’automazione non esiste ancora o è poco diffusa e che invece potrebbe portare un buon incremento nel funzionamento.

Modellazione, controllo e sviluppo sperimentale di un azionamento con convertitore boost integrato per DC fast charge

La presente trattazione propone un metodo innovativo per la fast DC charge, che permette di collegare le colonnine di ricarica a 400 V ai veicoli con batteria ad 800 V. Il collegamento avviene tramite l’azionamento elettrico di propulsione, che deve dunque essere riconfigurato durante la ricarica sotto forma di “integrated boost DC/DC converter”. L'elaborato illustra il modello matematico del sistema, lo schema di controllo in ambiente Simulink ed i risultati delle simulazioni. Infine, sono illustrate le prove a banco effettuate sul sistema in esame, la strumentazione utilizzata ed i risultati ottenuti per le configurazioni confrontate. Tuttavia, si dimostra che il metodo di ricarica richiede un’ulteriore induttanza per il collegamento al motore per evitare gli elevati ripple delle correnti di fase ed il conseguente surriscaldamento dei magneti rinvenuto durante le prove sperimentali.

Design di leggi di controllo per attività di Pick and Place con Robot Delta

Il seguente elaborato, frutto dell’attività di tirocinio presso il laboratorio del DIN di Montecuccolino, si prefigge di presentare un’architettura software contenente tutte le leggi di controllo necessarie allo svolgimento di un’attività di Pick and Place con un Robot Delta. L’elaborato si articola in una prima fase di analisi del Robot, una seconda fase di calibrazione del sistema in struttura e una terza fase di sviluppo del software di controllo con successiva validazione sperimentale dei risultati ottenuti.

Studio e progettazione di un impianto di riscaldamento radiante con lampade catalitiche alimentate a gas naturale a servizio di un capannone industriale

Oggetto di studio della tesi è la riqualificazione energetica di un capannone industriale. Dati gli elevati costi della materia prima combustibile, è stata sviluppata una soluzione che possa ridurre il consumo di gas naturale. Nel capannone sono attualmente installati dei sistemi costituiti da caldaie ed aerotermi. Il sistema studiato prevede invece l'impiego di lampade catalitiche. Esse sono dispositivi in grado di generare calore e scaldare gli oggetti circostanti tramite irraggiamento. L'impianto esistente lavora per convezione; data la grande volumetria del locale tale modalità di trasmissione del calore risulta poco efficiente. Nello studio vengono presentati vantaggi e criticità di entrambe le tecnologie. Particolare attenzione viene rivolta all'aspetto legato alla sicurezza, dato che le lampade catalitiche richiedono che la rete del gas cammini per alcuni tratti all'interno della struttura. A completamento dello studio è stata effettuata un'analisi tecnico-economica per valutare l'effettivo vantaggio del nuovo impianto. Durante ogni fase di verifica e progettazione è stata rispettata la normativa vigente.

Miglioramento della qualità di algoritmi di face morphing generation

L'obiettivo principale di questo lavoro di tesi è quello di migliorare gli algoritmi di morphing generation in termini di qualità visiva e di potenzialità di attacco dei sistemi automatici di riconoscimento facciale.