Il modello matriciale di Leslie applicato all'ecologia delle popolazioni

La matrice di Leslie è uno degli strumenti più utilizzati in ecologia nella dinamica delle popolazioni. Infatti a partire dallo studio dell'autovalore dominante della matrice e dell'autovettore ad esso associato è possibile prevedere l'evolversi della popolazione (sviluppo o estinzione), la convergenza di ogni classe di età e la sensibilità dell'autovalore dominante al variare delle componenti della matrice. L'obiettivo di questo elaborato è quindi quello di presentare e studiare questo modello matriciale, applicandolo a esempi di popolazioni e analizzandone le analogie con il Metodo delle Potenze.

Un modello forward-backward per i certificati verdi nel mercato EU ETS

In questa tesi viene presentato un modello stocastico forward-backward per la valutazione dei certificati verdi nel mercato EU ETS (European Union Emissions Trading Scheme). Anzitutto si spiega l’origine di tale mercato, per poi descriverne il funzionamento e lo scopo. Vengono, quindi, introdotte le equazioni differenziali stocastiche backward lineari, per le quali si mostra un risultato di esistenza e unicità della soluzione. Conseguentemente vengono inquadrati matematicamente i sistemi differenziali stocastici forward-backward, mostrando una loro applicazione nell’ambito del option pricing. Viene quindi derivato il modello forward-backward per la valutazione delle quote di emissione. Il prezzo dei certificati verdi è trovato come soluzione di un’equazione differenziale alle derivate parziali semilineare. L'ultima parte è dedicata all’analisi numerica di tale PDE. Infine viene trattata la valutazione di opzioni europee scritte sulle quote di emissione.

Interdipendenza regionale: un nuovo modello valutativo-interpretativo. Le relazioni tra anca e cingolo pelvico--revisione sistematica della letteratura

Obiettivo: valutare l’effetto del tilt pelvico rispetto all’antiversione del collo femorale, all’antiversione dell’acetabolo e all’adattamento dell’anca nei tre piani dello spazio secondo il concetto dell’interdipendenza regionale. Metodi: si sono scelti gli studi conformi con il P.E.O di ricerca: Popolazione = tutti, Esposizione = modificazioni del tilt pelvico, Outcome = aumento/diminuzione dell’antiversione dell’acetabolo, del collo femorale e del rom dell’anca nei tre piani dello spazio. Risultati: otto studi sono stati suddivisi in tre gruppi: Il primo gruppo permette di osservare l’effetto del tilt pelvico rispetto all’antiversione dell’acetabolo e alla mobilità dell’anca, facendo emergere che la retroversione del bacino aumenta l’antiversione acetabolare e l’estensione dell’anca. Nel secondo gruppo è stato evidenziato che l’aumento dell’antiversione femorale porta ad una rotazione interna dell’anca più pronunciata durante il cammino, ad una diminuzione dei bracci di leva abduttivi e ad un aumento delle forze di contatto. Il terzo gruppo di studio non ha riportato nessuna relazione tra antiversione femorale e acetabolare nei soggetti affetti da coxartrosi. D’altro canto, è possibile che la correlazione ricercata non sia stata trovata proprio perché il campione esaminato in questo studio presentava coxartrosi, elemento che potrebbe essere espressione di un non corretto adattamento tra anca e bacino. Conclusioni: la retroversione del bacino aumenta l’antiversione acetabolare e l’estensione dell’anca; l'aumento dell'antiversione del collo femorale è comunemente associato ad una maggiore rotazione interna dell'anca sia in stazione eretta che durante l'andatura, agendo come strategia compensativa per la diminuzione dei bracci di leva dei muscoli abduttori dell'anca. Non ci sono elementi per trarre conclusioni sulla relazione tra il grado di versione del bacino, l’antiversione del collo femorale e la mobilità dell’anca nel piano orizzontale e frontale.

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 di fattibilità di accumulatore di energia domestico a volano in accordo ai piani energetici nazionali per lo sviluppo sostenibile

Nel primo punto del capitolo seguente si propone una panoramica sulla decarbonizzazione del settore energetico e si discutono i principali provvedimenti europei avviati a tal fine. Si analizza lo scenario energetico italiano e le sue prospettive future; anche l’Italia deve impegnarsi in termini di energie rinnovabili e riduzione dei gas serra. Nel settore energetico nazionale sono comprese la produzione, la trasformazione e l’utilizzo di energia elettrica. In questa fase in particolare, si studiano i dati relativi alla fase di produzione. Inoltre, si studia la dipendenza energetica dell’Italia dalle fonti fossili estere. Di seguito saranno analizzati i piani energetici auspicabili per il 2030 e per il 2050. Nel secondo punto si passa poi all’analisi dei consumi, attraverso lo studio dei consumi medi e l’approfondimento sui consumi dei principali elettrodomestici. Nella prima sezione del capito che segue vengono analizzati i principali sistemi di accumulo di energia domestica con particolare enfasi riguardo i limiti applicativi. Le batterie a litio seppur relativamente economiche hanno un forte impatto ambientale che sarebbe ammortizzato utilizzando un nuovo modello di volano (MechSTOR). Nella seconda parte del capitolo, si esamina invece la fattibilità del modello di accumulo a volano. I costi del volano verrebbero ammortizzati dal guadagno relativo all’immissione in rete di energia elettrica? L’analisi in Simulink ha permesso di lavorare con i segnali di potenza, utilizzando le curve di carico domestico e la curva di produzione fotovoltaica al fine di studiare la convenienza economica della batteria a volano.

Studio di un modello cosmologico di quintessenza con accoppiamento

Il modello ΛCDM è l’attuale modello standard della cosmologia e descrive la presenza dell’energia oscura attraverso una costante cosmologica Λ. Nonostante i buoni fit con le osservazioni a livello di background, il modello non risulta essere simultaneamente consistente nella stima della costante di Hubble con le osservazioni ad alto redshift e quelle a basso redshift. Si presenta un modello cosmologico di quintessenza con accoppiamento, in cui si utilizza come vincolo una funzione di Hubble identica a quella del modello standard e in cui si studiano i principali parametri di interesse cosmologico per diversi possibili accoppiamenti costanti, risolvendo numericamente le equazioni del campo scalare di energia oscura e delle perturbazioni lineari del modello. Si introducono poi due possibili estensioni del modello, utilizzando come vincolo una funzione di Hubble che differisce da quella classica per una piccola deviazione nei valori a basso redshift e risolvendone il background, infine studiando nuovamente il modello con il background di ΛCDM in cui però si introduce un accoppiamento che varia nel tempo, in accordo con i vincoli derivanti dai dati della CMB.

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.

Il modello di oscillatore armonico come caso di studio per mostrare il ruolo della matematica nella fisica: anchor equations ed epistemic games come strumenti di analisi di libri di testo e tutorial

Nel modo in cui oggigiorno viene intrapresa la ricerca, l’interdisciplinarità assume una posizione di sempre maggior rilievo in pressoché ogni ambito del sapere. Questo è particolarmente evidente nel campo delle discipline STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria, Matematica), considerando che i problemi a cui esse fanno fronte (si pensi agli studi sul cambiamento climatico o agli avanzamenti nel campo dell’intelligenza artificiale) richiedono la collaborazione ed integrazione di discipline diverse. Anche nella ricerca educativa, l’interdisciplinarità ha acquisito negli ultimi anni una notevole rilevanza ed è stata oggetto di riflessioni teoriche e di valutazioni sulle pratiche didattiche. Nell’ampio contesto di questo dibattito, questa tesi si focalizza sull’analisi dell’interdisciplinarità tra fisica e matematica, ma ancora più nel dettaglio sul ruolo che la matematica ha nei modelli fisici. L’aspetto che si vuole sottolineare è l’esigenza di superare una concezione banale e semplicistica, sebbene diffusa, per la quale la matematica avrebbe una funzione strumentale rispetto alla fisica, a favore invece di una riflessione che metta in luce il ruolo strutturale della formalizzazione matematica per l’avanzamento della conoscenza in fisica. Per fare ciò, si prende in esame il caso di studio dell’oscillatore armonico attraverso due lenti diverse che mettono in luce altrettanti temi. La prima, quella dell’anchor equation, aiuterà a cogliere gli aspetti fondamentali del ruolo strutturale della matematica nella modellizzazione dell’oscillatore armonico. La seconda, quella degli epistemic games, verrà utilizzata per indagare materiale didattico, libri di testo e tutorial, per comprendere come diverse tipologie di risorse possano condurre gli studenti ad intendere in modi diversi la relazione di interdisciplinarità tra fisica e matematica in questo contesto.

Modello di ottimizzazione per l’analisi di più comunità energetiche nella stessa rete di distribuzione con diversi fornitori

La tesi descrive un modello AIMMS di ottimizzazione dei flussi di potenza tra gli utenti di una comunità energetica rinnovabile. Il modello considera la presenza nella stessa rete di distribuzione di più comunità energetiche. Ogni utente può scegliere un fornitore diverso dagli altri anche se partecipa ad una comunità. Sono considerati generatori fotovoltaici e sistemi di accumulo. Per i carichi sono stati generati profili tipici di utenze domestiche. Il modello è in grado di valutare i prezzi delle transazioni di energia interne a ciascuna comunità, in base alle tariffe orarie dei fornitori di energia. Per la rete di distribuzione test IEEE a 123 nodi, la tesi presenta una analisi di sensitività al variare della taglia dei sistemi di accumulo, della potenza di picco dei generatori fotovoltaici, della potenza richiesta dai carichi, del numero di comunità energetiche e dei fornitori.

Applicazione di un modello bi-obiettivo per la progettazione sostenibile di sistemi produttivi riconfigurabili

Negli ultimi anni la competitività nei mercati è notevolmente cresciuta, la complessità dei prodotti industriali è considerevolmente aumentata e quest’ultimi devono ora essere accuratamente ottimizzati sotto ogni aspetto. I prodotti, oltre ad avere dei cicli di vita più brevi, sono soggetti a un’alta personalizzazione e a una domanda variabile. Per rimanere competitive, le aziende manifatturiere devono possedere nuovi tipi di sistemi di produzione che siano convenienti e molto reattivi a tutti questi cambiamenti del mercato, quali i Sistemi di produzione riconfigurabili (Reconfigurable Manufacturing System - RMS). La particolarità di tali sistemi risiede nella capacità di cambiare rapidamente le loro strutture hardware e software, aspetto che li renda idonei a soddisfare la produzione moderna. Oltre agli aspetti produttivi, l’attenzione odierna è incentrata anche sulle tematiche ambientali legate al risparmio energetico durante i processi produttivi, alla riduzione delle quantità di CO2 emesse e alla sostenibilità ambientale. L’obiettivo di questa tesi è quello di proporre un modello di ottimizzazione multi-obiettivo che tenga conto sia della minimizzazione del tempo complessivo necessario alla movimentazione dei prodotti e alla riconfigurazione delle macchine, e sia della minimizzazione del consumo energetico. Tale modello è stato applicato ad un caso studio realistico che ha permesso di individuare un trade-off tecnico-ambientale individuando la frontiera di Pareto con punto di ottimo (134.6 min; 9346.3 kWh) che si discosta del 57% dal valore trovato ottimizzando la funzione tempo, e dello 0.76% dal valore ottenuto ottimizzando la funzione energia.

Modello di simulazione per l’analisi delle criticità di un nuovo reparto di confezionamento: il caso Orogel Società Cooperativa Agricola

L’elaborato in questione tratta la creazione, lo sviluppo e l’utilizzo di un modello di simulazione volto a simulare il funzionamento futuro di un reparto di confezionamento di vegetali surgelati, ad oggi ancora in fase di costruzione. L’obiettivo di questo modello è quello di individuare ed analizzare a priori le possibili criticità e i possibili colli di bottiglia che potrebbero verificarsi in seguito alla messa in funzione del nuovo impianto. Il modello di simulazione sarà quindi uno strumento di supporto alle decisioni che permetterà, all’azienda Orogel, di indirizzare al meglio i propri investimenti e di risparmiare tempo e costi in fase di avvio dell’impianto. Il modello, creato per mezzo del software Plant Simulation, è stato dapprima validato simulando ordini di produzione realmente realizzati dall’azienda in passato. Successivamente, a seguito di un riscontro positivo sul funzionamento del modello, si è passati al suo utilizzo. Sono state, quindi, eseguite simulazioni riferite sia al funzionamento nominale dell’impianto sia a possibili scenari alternativi come, ad esempio, un aumento delle battute della linea. È seguita una fase di analisi dei risultati nei diversi scenari. Quello che si è riscontrato è che, durante il funzionamento nominale, non vi sono particolari criticità mentre, in determinati scenari alternativi, sono stati individuati alcuni colli di bottiglia. Sono state, dunque, suggerite possibili soluzioni per fronteggiare tali problematiche.

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.

Modello di progettazione di una rete logistica per la consegna last-mile della merce in crowd-shipping

In questo lavoro si studierà un nuovo sistema di consegna merci, denominato crowd-shipping. Questo si propone come soluzione per il trasporto della merce a domicilio, soprattutto per quanto riguarda l’ultimo miglio, con la quale si intendono le consegne che vengono effettuate all’interno dei centri urbani. È una soluzione recente che prevede di appoggiare ai corrieri tradizionali delle persone comuni, definiti corrieri occasionali (OD, Occasional Drivers). Questi ultimi, percorrendo un tratto di strada per motivi personali, sono disposti a consegnare la merce ai destinatari finali effettuando delle deviazioni al loro tragitto originario, in cambio di un compenso. Dopo aver studiato la situazione attuale dell’E-commerce e dello sviluppo delle Sharing Economy, dopo aver appreso il funzionamento di questo nuovo tipo di soluzione logistica, verrà presentato un modello matematico di programmazione lineare per le consegne last mile della merce in crowd-shipping. Questo modello verrà testato nel contesto urbano di Bologna e prevedrà due livelli di consegna rappresentati in primis dai corrieri tradizionali e in secondo luogo dai corrieri occasionali. Modalità possibile grazie all’utilizzo di armadietti automatici come depositi intermedi; si avranno, infatti, dei corrieri classici che riforniscono gli armadietti e dei corrieri occasionali che prelevano la merce dagli armadietti e la consegnano ai destinatari finali. Il modello sarà implementato in scenari diversi, con un differente numero di attori coinvolti, diverse ricompense per gli OD e diverse tipologie di veicoli, più o meno inquinanti. Questo ultimo punto ci anticipa che questa modalità di consegne può portare benefici importanti anche a livello ambientale; e in un mondo dove i cambiamenti atmosferici dovuti all’inquinamento sono sempre più devastanti, il crowd-shipping può portare a benefici concreti. Benefici che si sono dimostrati anche economici, sia per le aziende di spedizioni, sia per i clienti finali.

Progettazione di un kit di supporto ai corsi Project Based Learning: il ruolo del tutor nel modello Tech to Market.

L’istruzione superiore in Europa è stata oggetto di un significativo processo di riforma: è aumentato l’interesse per un modello di apprendimento intorno ai progetti, centrato sullo studente, che favorisse lo sviluppo di competenze trasversali – il project-based learning (PBL). Inserire il PBL nelle Università richiede un processo di innovazione didattica: il curriculum di un corso PBL e le competenze richieste all’insegnante si differenziano dall’apprendimento tradizionale. Senza un'adeguata attenzione ai metodi di supporto per insegnanti e studenti, questi approcci innovativi non saranno ampiamente adottati. L’obiettivo di questo studio è determinare in che modo sia possibile implementare un corso PBL non presenziato da figure esperte di PBL. Le domande della ricerca sono: è possibile implementare efficacemente un approccio PBL senza il coinvolgimento di esperti dei metodi di progettazione? come si declinano i ruoli della facilitazione secondo questa configurazione: come si definisce il ruolo di tutor d’aula? come rafforzare il supporto per l’implementazione del corso? Per rispondere alle domande di ricerca è stata utilizzata la metodologia AIM-R. Viene presentata la prima iterazione dell’implementazione di un corso di questo tipo, durante la quale sono state svolte attività di ricerca e raccolta dati. L’attività di facilitazione è affidata a tre figure diverse: docente, tutor d’aula e coach professionisti. Su questa base, sono stati definiti gli elementi costituenti un kit di materiale a supporto per l’implementazione di corsi PBL. Oltre a un set di documenti e strumenti condivisi, sono stati elaborati i vademecum per guidare studenti, tutor e docenti all’implementazione di questo tipo di corsi. Ricerche future dovranno essere volte a identificare fattori aggiuntivi che rendano applicabile il kit di supporto per corsi basati su un modello diverso dal Tech to Market o che utilizzino strumenti di progettazione diversi da quelli proposti durante la prima iterazione.

Digitalizzazione del settore delle costruzioni: realizzazione di un modello parametrico di ponteggio attraverso la programmazione visiva.

L’uscita dalla pandemia, il conflitto russo-ucraino e la corsa ai bonus edilizia hanno provocato un generale aumento del prezzo dei materiali edili e delle opere provvisionali. I ponteggi hanno visto particolari rincari, per via del fatto che superbonus e bonus facciate ne richiedono un ampio utilizzo. Nel presente elaborato si è cercata una soluzione a tale criticità nelle direzioni che sta prendendo a livello internazionale il settore delle costruzioni, sulla strada della digitalizzazione e dell’applicazione di soluzioni informatiche in grado di ottimizzare i processi. Si è perciò creato un modello parametrico di ponteggio a telai prefabbricati che si adatti nel miglior modo possibile a ogni tipo di fabbricato. Nello specifico, è stato elaborato un algoritmo che, dati il sedime e l’altezza dell’edificio, generi in maniera automatica il modello tridimensionale del ponteggio, consentendo la visualizzazione immediata del suo sviluppo nello spazio del cantiere e l’estrapolazione di elaborati grafici quali pianta e prospetti. Nella presente dissertazione viene illustrato come è stato sviluppato tale algoritmo, utilizzando il software Revit e in particolare lo strumento di programmazione visiva Dynamo. Infine, poiché l’obiettivo è quello di individuare un algoritmo applicabile a qualsiasi edificio dato, il modello viene testato su un caso di studio particolare: la ristrutturazione di un fabbricato all’interno del complesso Cooperativa Sociale CIM.