Progetto concettuale di dirigibile per trasporto di gas

Lo scopo principale di questo elaborato di tesi è poter fornire degli strumenti per il progetto concettuale di un dirigibile non-rigido e per valutare la fattibilità del trasporto di idrogeno gassoso. L’innovazione rispetto ai dirigibili utilizzati fino ad ora risiede nell’utilizzo di idrogeno sia come fonte di energia, che come gas di sollevamento; entrambi gli utilizzi verranno approfonditi con speciale attenzione alle problematiche legate alla sicurezza, fattore che ha interrotto l’uso dell’idrogeno come gas di sollevamento dagli anni ‘30. Oltre a ciò, verrà illustrato un breve confronto tra i due gas di sollevamento più utilizzati: elio ed idrogeno. Dopo un accenno storico, l’elaborato propone una metodologia per il dimensionamento di un dirigibile non-rigido, utilizzando strumenti matematici derivanti da modelli presenti in bibliografia e da considerazioni ed esperimenti svolti dai progettisti e dai ricercatori nei campi principali coinvolti nella progettazione dei dirigibili non-rigidi: aerodinamica, aerostatica, propulsione e stima delle masse. La progettazione di un dirigibile non-rigido ad idrogeno sicuro ed affidabile è influenzata dallo sviluppo di materiali che garantiscano, in primis, resistenza e bassa permeabilità: verrà presentato uno schema di un materiale composito laminato che potrebbe garantire requisiti di sicurezza superiori ai materiali utilizzati in passato, dei quali si farà un accenno. Alla fine dell’elaborato sarà presentato un caso di studio dove verranno utilizzati gli strumenti illustrati nella prima parte della tesi, con l’obbiettivo finale di dimensionare un dirigibile non-rigido ad idrogeno. Per questo caso di studio è stato implementato un breve codice MATLAB. A conclusione di questo lavoro di tesi si può dire che la fattibilità di un dirigibile per trasporto idrogeno dipende dallo sviluppo di materiali e tecniche adeguate alla gestione dell’idrogeno che costituisce enormi problematiche a livello di sicurezza.

Texting and Driving: rilevazione di utilizzo dello smartphone alla guida tramite Object Detection e Machine Learning

Questa tesi si ispira a lavori precedentemente portati avanti da altri studenti e si pone il problema della possibilit\`a di riconoscere se uno smartphone \`e utilizzato da un utente mentre esso si trova alla guida di un'autovettura. In essa verranno presentati vari metodi per risolvere questo problema di Machine Learning, ovvero realizzazione di dataset per l'allenamento di modelli e creazione e allenamento di modelli stessi, dediti al riconoscimento di un problema di classificazione binaria e riconoscimento di oggetti tramite Object Detection. Il cercare di riconoscere se l'utente \`e alla guida o meno, avverr\`a tramite l'output della fotocamera frontale dello smartphone, quindi lavoreremo su immagini, video e frame. Arriveremo a riconoscere la posizione della persona rappresentata da questi fotogrammi tramite un modello di Object Detection, che riconosce cintura e finestrino e determina se sono appartenenti al sedile e alla posizione del conducente o del passeggero. Vedremo alla fine, attraverso un'attenta analisi dei risultati ottenuti su ben 8 video diversi che saranno divisi in molti frame, che si ottengono risultati molto interessanti, dai quali si pu\`o prendere spunto per la creazione di un importante sistema di sicurezza alla guida.

Analisi e studio di interventi di manutenzione straordinaria di Infrastrutture Viarie: il caso studio del cantiere Anas nella Galleria Valbiano

L’elaborato di tesi tratta la manutenzione programmata delle gallerie analizzando il caso studio del cantiere Anas nella Galleria Valbiano, posta sulla SS 3 bis "Tiberina". Si è introdotto il tema analizzando la storia di Anas e le varie tipologie di gallerie e pacchetti stradali presenti. Si sono poi descritte le tipologie di manutenzione effettuate sulla rete stradale e le indagini specifiche per valutare lo stato di fatto sia delle pavimentazioni stradali che delle gallerie. Si è introdotto il cantiere oggetto di studio, la Galleria Valbiano, andando ad analizzare le peculiarità dell’opera e il contesto in cui è inserita. Si è dedotto lo stato di fatto della galleria andando ad analizzare i dati ottenuti dalle prove svolte e si sono descritti i difetti riscontrati. Nella fase operativa si è descritta la gestione dei flussi veicolari durante il cantiere, la sua organizzazione, e tutti gli interventi eseguiti nella canna Sud della galleria in oggetto. Gli interventi eseguiti hanno compreso riparazione di fessure, ripristini corticali del rivestimento, ripristini dei giunti degradati, la realizzazione di dispositivi di raccolta delle acque di piattaforma e di drenaggio, il rivestimento illuminotecnico dei piedritti, il ripristino dello strato di usura della pavimentazione e la realizzazione dell’impianto di illuminazione.

Electrical Impedance Tomography: strategie algoritmiche per il problema inverso

La tomografia ad impedenza elettrica è un metodo di imaging relativamente nuovo che ha suscitato interesse in un ampia gamma di discipline, la sua portabilità, sicurezza e basso costo suggeriscono che potrebbe risolvere diversi problemi clinici. Matematicamente il problema dell'EIT può essere suddiviso in un problema in avanti e uno inverso. Il problema forward, si basa su un'equazione differenziale parziale ellittica, e definisce l'insieme delle tensioni misurate a partire da una distribuzione nota di conducibilità. Il problema inverso è modellato come un problema dei minimi quadrati non lineare, in cui si cerca di ridurre al minimo la differenza tra le tensioni misurate e quelle generate dalla conducibilità ricostruita. Il problema inverso è mal posto e porta ad una soluzione che non dipende con continuità dai dati e quindi le tecniche di ricostruzione richiedono l'introduzione di un termine di regolarizzazione. L'elaborato si concentra sulle strategie algoritmiche per il problema inverso e sulla realizzazione di un'interfaccia grafica in grado di settare i parametri e confrontare velocemente i metodi proposti. Il progetto nella sua visione più ampia vorrebbe utilizzare le strategie algoritmiche proposte per dati ottenuti dal sistema prodotto dall'Università di Bologna nel laboratorio di Ingegneria Cellulare e Molecolare (ICM) di Cesena. I risultati dei test consentono di delineare quali siano gli strumenti migliori per poter arrivare ad una corretta ricostruzione dell'immagine nonché suggerire possibili miglioramenti della configurazione hardware al fine arrivare a risultati sperimentali completi.

Tecniche di valutazione della tensione residua all'interno di calcestruzzo precompresso

La maggior parte della rete viaria nazionale ha superato i 50 anni di vita, essendo stata progettata tra il dopo guerra e i primi anni ’70. Di conseguenza, le infrastrutture come ad esempio ponti e viadotti sono caratterizzate da un generalizzato stato di degrado. Nell’ottica delle verifiche di sicurezza delle opere in C.A.P. esistenti, quindi, conoscere la precompressione residua di un determinato elemento, con un certo grado di affidabilità, permette di valutare la necessità di intervento o meno sullo stesso. Tra le tecniche diagnostiche in maggior diffusione vi è quella del rilascio tensionale, che consiste nello stimare l’attuale stato di precompressione agente su specifiche sezioni di elementi precompressi a partire dal rilascio di deformazione di precompressione, agente sul calcestruzzo, isolandone una porzione tramite una serie di tagli fino al raggiungimento del completo rilascio. Esistono varie tecniche di rilascio tensionale ma nella letteratura scientifica non esiste ancora una robusta validazione di questi metodi dal punto di vista dell’affidabilità e dell’accuratezza. In questo lavoro di tesi sono state affrontate due tecniche, riconducibili a due macrogruppi di metodi di misura: metodo tramite la realizzazione di tagli inclinati o perpendicolari rispetto alla superficie del manufatto in calcestruzzo, al fine di estrarre un provino tronco piramidale; metodo tramite l’estrazione di una carota perpendicolare alla superficie del manufatto in calcestruzzo. L’obiettivo prefissato era la valutazione delle prove in termini di attendibilità dei risultati con, inoltre, una particolare attenzione all’invasività nei confronti della struttura e alla ripetibilità in situ. Per il lavoro di tesi sono state realizzate 10 colonne in cemento armato (C.A.) a cui, al fine di simulare uno stato di precompressione, è stata applicata una tensione nota di compressione per poi procedere con le prove di rilascio tensionale tramite i metodi considerati.

Caratterizzazione e progettazione di un attuatore differenziale elastico compatto per la robotica collaborativa

Lo sviluppo della robotica collaborativa, in particolare nelle applicazioni di processi industriali in cui sono richieste la flessibilità decisionale di un utilizzatore umano e le prestazioni di forza e precisione garantite dal robot, pone continue sfide per il miglioramento della capacità di progettare e controllare al meglio questi apparati, rendendoli sempre più accessibili in termini economici e di fruibilità. Questo cambio di paradigma rispetto ai tradizionali robot industriali, verso la condivisone attiva degli ambienti di lavoro tra uomo e macchina, ha accelerato lo sviluppo di nuove soluzioni per rendere possibile l’impiego di robot che possano interagire con un ambiente in continua mutazione, in piena sicurezza. Una possibile soluzione, ancora non diffusa commercialmente, ma largamente presente in letteratura, è rappresentata dagli attuatori elastici. Tra gli attuatori elastici, l’architettura che ad oggi ha destato maggior interesse è quella seriale, in cui l’elemento cedevole viene posto tra l’uscita del riduttore ed il carico. La bibliografia mostra come alcuni limiti della architettura seriale possano essere superati a parità di proprietà dinamiche. La soluzione più promettente è l’architettura differenziale, che si caratterizza per l’utilizzo di riduttori ad un ingresso e due uscite. I vantaggi mostrati dai primi risultati scientifici evidenziano l’ottenimento di modelli dinamici ideali paragonabili alla più nota architettura seriale, superandola in compattezza ed in particolare semplificando l’installazione dei sensori necessari al controllo. In questa tesi viene effettuata un’analisi dinamica preliminare ed uno studio dell’attitudine del dispositivo ad essere utilizzato in contesto collaborativo. Una volta terminata questa fase, si presenta il design e la progettazione di un prototipo, con particolare enfasi sulla scelta di componenti commerciali ed il loro dimensionamento, oltre alla definizione della architettura costruttiva complessiva.

Detection e Classificazione di Jammer in Protocolli Random Access

Con il crescente utilizzo delle reti wireless la sicurezza e l'affidabilità del servizio stanno diventando requisiti fondamentali da garantire. Questo studio ha come obiettivi il rilevamento di un attacco jammer e la classificazione della tipologia dell'attacco (reattivo, random e periodico) in una rete wireless in cui gli utenti comunicano con un access point tramite il protocollo random access slotted Aloha. La classificazione degli attacchi è infatti fondamentale per attuare le dovute contromisure ed evitare cali di performance nella rete. Le metriche estratte, fra cui la packet delivery ratio (PDR) e la rispettiva analisi spettrale, il rapporto segnale rumore medio e la varianza dell'rapporto segnale rumore, sono risultate essere efficaci nella classificazione dei jammers. In questo elaborato è stato implementato un sistema di detection e classificazione di jammer basato su machine learning, che ha permesso di ottenere una accuratezza complessiva del 92.5% nella classificazione ed una probabilità di detection superiore al 95% per valori di PDR inferiori o uguali al 70%.

Realizzazione e analisi di una baseline per il rilevamento di anomalie in applicazioni web

I notevoli sviluppi tecnologici che hanno caratterizzato l’ultimo decennio hanno portato con sé alcune minacce alla sicurezza. In questa tesi, completamento di un progetto di tirocinio svolto presso il CINECA, ci si concentra sulla realizzazione di una baseline dinamica in grado di apprendere il comportamento degli utenti. Grazie ad essa e con l’aiuto di uno script Python, è possibile rilevare i comportamenti anomali e segnalarli agli interessati. Il focus principale del progetto riguarda il possibile esaurimento di sessioni in applicazioni web e la conseguente negazione del servizio. La raccolta dei dati dai vari applicativi è stata possibile utilizzando il SIEM QRadar di IBM, le funzionalità in esso presenti e le API che hanno consentito un agevole interfacciamento con gli script esterni.

Gestione degli ordini di ‘Scheduling Agreement’ e confronto tra soluzioni di magazzino in un’azienda produttrice di macchine automatiche: il caso ACMA S.p.A.

Con la presente tesi di laurea si vuole analizzare la nuova procedura di ordini di “Scheduling Agreement” all’interno della realtà aziendale di ACMA S.p.A., azienda produttrice di macchine automatiche. Con il termine Scheduling Agreement si identifica una gestione di ordini con il fornitore, il quale mantiene i pezzi prodotti all’interno del proprio magazzino per massimo 18 mesi. L’accordo si basa sul principio per cui il fornitore ha una maggiore continuità di fornitura mentre ACMA S.p.A. vede un risparmio degli investimenti aziendali e nel tempo di approvvigionamento. Il principale focus dello studio verterà sulla proposta di soluzioni di stoccaggio per ricercare un punto di ottimo che permetta di ridurre al minimo il rischio di stock out e al tempo stesso minimizzi il livello delle scorte. L’analisi partirà con l’identificazione dei prodotti per cui risulta conveniente aprire uno Scheduling. Tale processo valutativo si estrinseca nell’analisi di due parametri fondamentali: frequenza e consumo. Verranno poi analizzati alcuni casi TO BE con il fine di trovare il Lead Time migliore per ridurre al minimo le giacenze ed evitare rotture di stock. Questi studi utilizzano il software di estrapolazione dati “SAP” per poi analizzarli sulla piattaforma Excel e forniscono una valutazione realistica nella gestione di tale procedura in ACMA S.p.A.. La soluzione conclusiva riesce a risolvere il problema di stock out introducendo la “scorta di sicurezza” calcolata sulla domanda futura. In particolare, utilizzando un Lead Time di approvvigionamento di 21 giorni si è riusciti a ridurre del 75% le scorte a magazzino rispetto al caso più cautelativo, mantenendo comunque basso il rischio di stock out. I risultati ottenuti forniranno un effettivo miglioramento delle prestazioni dell’azienda e il modello verrà sfruttato in futuro per l’applicazione iterativa della soluzione descritta, con risparmio di tempo e di fondi aziendali.

Ricerca delle vulnerabilità e Penetration Test per Architetture Serverless

Il lavoro di tesi proposto è volto allo studio delle architetture Serverless, strutture che permettono agli sviluppatori di comporre facilmente applicazioni distribuite su molti servizi all’interno di un cloud, senza la necessità di gestire il server. Più nello specifico sono state studiate le FaaS (Function-as-a-Service), un modello di elaborazione cloud basato su eventi in cui il codice viene distribuito in container gestiti dalla piattaforma, e successivamente eseguito on-demand. A seguito di una prima parte di ricerca dello stato dell'arte, l'attenzione si è spostata sulla ricerca di vulnerabilità nel contesto del servizio OpenFaaS, un framework open-source che permette agli sviluppatori di distribuire facilmente funzioni e microservizi. Il deployment è stato fatto faasd, quest’ultimo è una semplificazione di OpenFaaS, usa le stesse componenti e lo stesso ecosistema di OpenFaaS ma usa Containerd al posto di Kubernetes. Dopo una prima fase di installazione e log-in il lavoro si è concentrato nelle varie metodologie di penetration test, nonché di ricerca delle vulnerabilità di sicurezza associate a tale paradigma. In informatica, il penetration test è il processo operativo di analisi o valutazione della sicurezza di un sistema o di una rete, simulando l'attacco di un potenziale utente malintenzionato. Nell'ultima fase sono stati condotti vari tentativi di attacco al sistema OpenFaaS tramite l'ausilio di alcuni tool. Inizialmente è stata fatta un'analisi della rete e del traffico tramite tool quali NMAP e Wireshark, per comprenderne meglio la struttura e come faasd creasse le funzioni a partire dai container. Infine, tramite OpenFaaS sono state create delle funzioni per testare la sicurezza e l'affidabilità di quest'ultima. In particolare, le funzioni indagano all'interno dei container al fine di comprendere la possibilità di eseguire code injection e rilevare possibili dati sensibili nel filesystem dell'immagine Docker così come nelle variabili d'ambiente.

Registratore di dati di evento (EDR). Regolamento europeo 2019/2144 e caso studio.

Il numero dei decessi per incidenti stradali nel mondo continua ad aumentare secondo ritmi preoccupanti, così come anche il numero dei feriti e i conseguenti costi sociali legati al fenomeno. In Europa, e più in generale nei paesi ad alto reddito, il progresso tecnologico e le azioni legislative hanno permesso di raggiungere importanti successi nel miglioramento della sicurezza stradale con conseguente riduzione del numero dei decessi. Purtroppo però, i numeri testimoniano come ci sia ancora molta strada da percorrere. In questa tesi vengono presentate numerose statistiche aggiornate sul fenomeno dell’incidentalità stradale e vengono analizzate le azioni intraprese a livello europeo volte al raggiungimento degli obbiettivi internazionali ed europei fissati per il 2030 ed il 2050. Viene poi analizzato nel dettaglio il recente Regolamento Europeo 2019/2144 con particolare riferimento al Registratore di Dati di Evento (EDR) rientrante tra gli Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) resi obbligatori dallo stesso Regolamento Europeo 2019/2144. A tal proposito viene illustrato, tramite un caso studio verificatosi in Emilia-Romagna, come un dispositivo EDR possa essere utilizzato efficacemente per ricostruire la dinamica di un sinistro stradale.

Valutazione dei "requisiti di performance essenziali" di un dispositivo medico: il caso studio di un iniettore automatico per l'uso di CO2 come mezzo di contrasto

Angiodroid The CO2 Injector è un dispositivo medico che permette il dosaggio di CO2 nelle cavità vascolari a volumi e pressioni controllate. La CO2 agisce come mezzo di contrasto durante gli esami angiografici, offrendo notevoli vantaggi e bassissimo tasso di complicazioni rispetto ai mezzi di contrasto iodati. L’oggetto di questa tesi è lo studio di due Essential Performance Requirements (EPR) di Angiodroid, definiti come le prestazioni di una funzione clinica diversa da quella relativa alla sicurezza di base, in cui la perdita o la degradazione oltre i limiti specificati dal produttore comporta un rischio inaccettabile. Gli EPR presi in considerazione sono il volume e la pressione di iniezione di CO2, in quanto l’erogazione affidabile e ripetibile del gas permette sia di garantire la sicurezza del paziente sia di standardizzare i protocolli di iniezione per i diversi distretti vascolari. Sovradosaggio e sovrapressione della somministrazione della dose di CO2 possono comportare potenziali rischi clinici per il paziente, mentre sottodosaggio e una sottopressione non sono legati a rischi clinici, piuttosto comportano una scarsa qualità dell’immagine radiologica. Lo scopo della tesi è quello di validare gli intervalli di precisione del volume e della pressione di iniezione in diversi scenari entro i quali il dispositivo è considerato conforme e sicuro. I test di validazione sono stati eseguiti su 5 iniettori al termine della loro life cycle (8 anni) attraverso un invecchiamento accelerato. I valori di volume e la pressione di iniezione sono stati esaminati sia in aria, cioè senza carico, sia su un modello di paziente simulato, quindi con carico, utilizzando introduttori e cateteri angiografici autorizzati dalla Food and Drug Administration. Tutte le analisi sono state effettuate simulando gli scenari di funzionamento dell'iniettore più critici.

Radar FMCW per la rilevazione di ostacoli in movimento

Lo scopo di questa attività di tesi è quello di rilevare dinamicamente la posizione di ostacoli mediante radar FMCW. I radar a onda continua modulati in frequenza sono alla base dei moderni sensori in ambito automotive, in quanto consentono allo stesso tempo di rilevare la distanza, l’angolazione e la velocità di un corpo detto target analizzando gli scostamenti temporali e in frequenza tra i segnali (detti chirp) trasmessi e quelli riflessi dai corpi. Nel lavoro di tesi si analizza sperimentalmente come il radar a onda continua MIMO (multiple input multiple output) RBK2, presente presso il laboratorio TLC del Campus di Cesena, può essere utilizzato per ricavare la velocità relativa di un target, che si avvicina o si allontana dal radar. Innanzitutto, vengono settati i parametri per l’acquisizione e per il processing necessario per ottenere una matrice Angolo-Range che caratterizza staticamente il target. Il mixer interno al radar, a seguito della ricezione di un segnale di eco, produce un segnale a frequenza intermedia il cui spettro presenta un picco in corrispondenza della distanza del target che lo ha riflesso. A questo punto si conosce la posizione del corpo e si procede con la stima della velocità sfruttando l’effetto Doppler: analizzando i chirp riflessi dallo stesso target in istanti successivi si ottengono una serie di picchi nella stessa posizione ma con fasi differenti, e da tale sfasamento si ricava la componente radiale della velocità del target. Sono stati studiati sia il caso di misure outdoor che quello di misure indoor, infine è stato elaborato un codice Matlab in grado di fornire un feedback riguardante una possibile collisione in seguito alla stima della velocità del corpo. Tale tecnologia gioca quindi un ruolo fondamentale nell’ambito della sicurezza stradale potendo prevenire incidenti.

Analisi di sostenibilità di tecnologie CCS applicate a settori hard-to-abate

In questo lavoro di tesi viene presentata un’analisi di sostenibilità economica, ambientale e sociale di un sistema di cattura e purificazione della CO2 post-combustione. Al fine di ottenere i dati utili al calcolo di indici significativi di sostenibilità, si è scelto di modellare, attraverso il software Aspen Plus®, un processo di assorbimento chimico con ammine, tecnologia matura e spesso impiegata a questo scopo per settori industriali di taglie superiori. Al sistema di assorbimento viene poi fatta seguire un’unità di compressione e purificazione, finalizzata al raggiungimento di specifiche condizioni della corrente in uscita, legate alla successiva tipologia di trasporto considerata: gas pressurizzato via pipeline o gas liquefatto via nave. L’analisi economica si è basata sul calcolo di costi operativi, costi variabili, costo della CO2 evitata e consumo specifico di energia (SPECCA). La simulazione ha infatti consentito di ottenere un dimensionamento di massima delle apparecchiature e il consumo di utenze, valori necessari alla stima degli indici. Gli indici economici calcolati sono poi stati utilizzati per comprendere quale parte del processo fosse la più critica e che impatto avessero le unità di compressione e purificazione rispetto alla presenza del solo impianto di cattura. Analisi simili sono state svolte anche in termini di sostenibilità ambientale e sociale. La prima è stata svolta calcolando l’effettiva rimozione di CO2 del sistema, tenendo in considerazione le emissioni dirette e indirette connesse al funzionamento degli apparati. L’analisi sociale è stata ridotta a un’analisi qualitativa della sicurezza, attuata attraverso il calcolo dell’Indice di sicurezza intrinseca.

Analisi sperimentale e teorica del flusso evaporante di liquidi criogenici

La crisi energetica che sta investendo l’Italia e l’Europa e la contestuale necessità di raggiungere gli obiettivi che la comunità internazionale si è preposta per uno sviluppo sostenibile stanno spingendo sempre di più verso l’utilizzo di fonti energetiche alternative. In questo contesto il gas naturale liquefatto (LNG) può assumere un ruolo chiave per il trasporto a lunghe distanze.Il gas naturale liquefatto fa parte della classe dei liquidi criogenici. Uno dei problemi principali dei liquidi criogenici riguarda gli aspetti di sicurezza come, ad esempio, il comportamento del liquido criogenico in seguito ad un rilascio accidentale.Questo lavoro di tesi si è focalizzato sulla caratterizzazione sperimentale del flusso l’evaporazione di liquidi criogenici.Per condurre lo studio, per motivi di sicurezza, è stato utilizzato l’azoto liquido (LN2), liquido con caratteristiche criogeniche simili all’LNG, ma non reattivo. Analisi preliminari hanno evidenziato come il contributo legato allo scambio termico per conduzione sia quello preponderante per la determinazione del flusso evaporante. Per questo motivo, lo sversamento è stato eseguito su diverse tipologie di substrato, rappresentative dei materiali più comuni e che plausibilmente possano andare a contatto con liquidi criogenici. Nello specifico sono stati valutati i seguenti substrati: ghiaia, sabbia, terreno secco, terreno umido e cemento. In seguito, è stato valutato il profilo di massa, velocità di evaporazione e temperatura rispetto al tempo per comprendere la durata della fase evaporativa e i principali fenomeni coinvolti. La velocità media e massima di evaporazione è risultata fortemente influenzata dalle proprietà fisiche del substrato e dalla presenza di acqua al suo interno.I dati raccolti rappresentano un passo in avanti fondamentale per la caratterizzazione del comportamento dei liquidi criogenici in atmosfera, favorendo la progettazione di tecnologie e procedure opportune per il loro utilizzo in sicurezza.