Modelli matematici di cardiomiociti derivanti da cellule staminali: una nuova formulazione per riprodurre gli effetti proaritmici del blocco della corrente di potassio

I cardiomiociti derivanti da cellule staminali pluripotenti indotte (hiPSC-CMs) costituiscono un nuovo approccio per lo studio delle propriet�� delle cellule cardiache sia degli individui sani che di quelli affetti da malattie ereditarie e possono rappresentare inoltre una piattaforma in vitro per la scoperta di nuovi farmaci e terapie rigenerative. Il grande impatto delle hiPSC-CMs nell���ambito della ricerca si deve soprattutto alle loro propriet�� elettrofisiologiche: queste cellule non solo esprimono fenotipi genici e propriet�� delle correnti ioniche tipiche delle cellule cardiache, ma sono anche in grado di riprodurre fenomeni aritmici, come le EAD, a seguito della somministrazione di farmaci. Grazie anche alla grande potenza di calcolo oggi disponibile �� possibile supportare la pratica in vitro con modelli in silico, abbattendo sia i costi che i tempi richiesti dagli esperimenti in laboratorio. Lo scopo di questo lavoro �� quello di simulare il comportamento delle hiPSC-CMs di tipo ventricolare in risposta alla somministrazione di farmaci che interagiscono con la corrente di potassio IKr, principale responsabile della ripolarizzazione cardiaca. L���assunzione di certi farmaci pu�� comportare infatti una riduzione della IKr, con conseguente prolungamento della fase di ripolarizzazione del potenziale d���azione cardiaco. Questo meccanismo �� causa dell���insorgenza della sindrome del QT lungo di tipo 2, che in casi estremi pu�� degenerare in aritmie gravi. Ci�� suggerisce che queste cellule rappresentano un importante strumento per la valutazione del rischio pro-aritmico che pu�� essere facilitata da simulazioni in silico effettuate utilizzando modelli computazionali basati su dati fisiologici.

Confronto tra le prestazioni energetiche in regime dinamico di un impianto di climatizzazione ad uso residenziale tradizionale e con pompa di calore geotermica

Questo scritto affronta il tema dello sfruttamento della fonte geotermica per la climatizzazione, sia invernale che estiva, di un edificio ad uso residenziale. In particolare, la situazione a cui faremo riferimento �� quella di un condominio di media grandezza (18 appartamenti da circa 60 mq ciascuno) a cui verr�� applicato un impianto di climatizzazione ad aria centralizzato, alimentato da una pompa di calore geotermica reversibile. Il fine ultimo di questo lavoro �� analizzare, attraverso una simulazione in regime dinamico, le prestazioni energetiche del suddetto impianto e valutarne la convenienza rispetto ad un'istallazione tradizionale, che utilizza un boiler a gas per il riscaldamento e un chiller raffreddato ad aria per il raffrescamento. L'analisi economica svolta riguarder�� solo i costi di esercizio delle due versioni di impianto.

Sviluppo di un ambiente software di test e analisi delle prestazioni di INS di livello navigation e tactical grade

In questa tesi abbiamo provato a definire fino a che punto le misure di sensori siano affidabili, creando un simulatore che sia in grado di analizzare, qualitativamente e quantitativamente, le prestazioni di sensori inerziali facenti parte di sistemi di navigazione inerziale. Non ci siamo soffermati troppo sulle dinamiche dovute agli errori deterministici, che sono eliminabili facilmente mediante prove sperimentali e test, ma abbiamo puntato ad uno studio approfondito riguardante gli errori dovuti a processi stocastici casuali. Il simulatore, programmato sulla piattaforma MATLAB/Simulink, prende i dati grezzi contenuti all���interno dei datasheets dei sensori e li simula, riportando risultati numerici e grafici degli errori risultanti dall���utilizzo di quei specifici sensori; in particolare, esso mette in luce l���andamento degli errori di posizione, velocit�� ed assetto ad ogni istante di tempo della simulazione. L���analisi effettuata all���interno dell���elaborato ha successivamente condotto all���identificazione dei giroscopi laser come i sensori che soffrono meno di questi disturbi non-sistematici, portandoli ad un livello sopraelevato rispetto ai MEMS ed ai FOG.

Soluzione del modello di apprendimento BCM in presenza di ambiente generalizzato

In questa tesi viene illustrato il modello BCM, formulato nel 1982 con l'intento di spiegare il fenomeno di apprendimento neuronale, definito come "plasticita sinaptica". Si passa successivamente ad una descrizione dettagliata del comportamento di un singolo neurone, per poi estendere la trattazione alle reti neuronali. L'esposizione degli argomenti viene effettuata considerando cellule esposte a distribuzioni di input linearmente indipendenti. Viene proposto infine un metodo per adattare il modello al caso linearmente dipendente.

I parametri per la scelta del percorso ciclabile: un'analisi degli itinerari registrati tramite smartphone nella citt�� di Bologna

Le osservazioni e i risultati proposti in questo elaborato si inseriscono all'interno di un progetto pi�� vasto frutto della collaborazione tra SRM e il Dipartimento di Trasporti dell'Universit�� di Bologna. Infatti in occasione del European Cycling Challenge del 2013, SRM ha raccolto per la sola area di Bologna un dataset di 1,050,000 punti GPS registrati da ciclisti volontari durante l'interno mese di Maggio attraverso l'applicazione Endomondo. Ai ciclisti che partecipavano volontariamente all���iniziativa �� stato chiesto di registrare i proprio viaggi nella citt�� di Bologna effettuati con la bici, attraverso l��� applicazione, gratuitamente scaricabile sul proprio smartphone: all���inizio di ciascun viaggio, i partecipanti dovevano attivare l���applicazione, e quindi il sistema GPS del loro smartphone, e registrare lo spostamento. Questo campione �� stato dunque utilizzato come punto di partenza per questo progetto che rappresenta il primo caso studio italiano in cui i modelli di scelta del percorso ciclabile si sono basati su un ampio campione di dati GPS raccolti mediante sondaggio RP. In questo elaborato quindi si �� analizzato il campione dei percorsi in termini di singoli spostamenti, del confronto con il percorso di minor lunghezza e all'interno di un set di alternative compiute. Infine si sono indagati due parametri che hanno influenzato la scelta del percorso ciclabile da parte degli utenti.

Aggregate Programming in Scala: a Core Library and Actor-Based Platform for Distributed Computational Fields

La programmazione aggregata �� un paradigma che supporta la programmazione di sistemi di dispositivi, adattativi ed eventualmente a larga scala, nel loro insieme -- come aggregati. L'approccio prevalente in questo contesto �� basato sul field calculus, un calcolo formale che consente di definire programmi aggregati attraverso la composizione funzionale di campi computazionali, creando i presupposti per la specifica di pattern di auto-organizzazione robusti. La programmazione aggregata �� attualmente supportata, in modo pi�� o meno parziale e principalmente per la simulazione, da DSL dedicati (cf., Protelis), ma non esistono framework per linguaggi mainstream finalizzati allo sviluppo di applicazioni. Eppure, un simile supporto sarebbe auspicabile per ridurre tempi e sforzi d'adozione e per semplificare l'accesso al paradigma nella costruzione di sistemi reali, nonch�� per favorire la ricerca stessa nel campo. Il presente lavoro consiste nello sviluppo, a partire da un prototipo della semantica operazionale del field calculus, di un framework per la programmazione aggregata in Scala. La scelta di Scala come linguaggio host nasce da motivi tecnici e pratici. Scala �� un linguaggio moderno, interoperabile con Java, che ben integra i paradigmi ad oggetti e funzionale, ha un sistema di tipi espressivo, e fornisce funzionalit�� avanzate per lo sviluppo di librerie e DSL. Inoltre, la possibilit�� di appoggiarsi, su Scala, ad un framework ad attori solido come Akka, costituisce un altro fattore trainante, data la necessit�� di colmare l'abstraction gap inerente allo sviluppo di un middleware distribuito. Nell'elaborato di tesi si presenta un framework che raggiunge il triplice obiettivo: la costruzione di una libreria Scala che realizza la semantica del field calculus in modo corretto e completo, la realizzazione di una piattaforma distribuita Akka-based su cui sviluppare applicazioni, e l'esposizione di un'API generale e flessibile in grado di supportare diversi scenari.

On the experimental behaviour of a silty sand and its modelling through Generalized Plasticity.

La tesi contiene uno studio sperimentale sul comportamento di una sabbia limosa del sottosuolo della laguna veneta e propone un'interpretazione dei risultati sperimentali ottenuti alla luce dei presupposti teorici di un approccio costitutivo avanzato noto come "Plasticit�� Generalizzata". Il programma sperimentale �� consistito nella realizzazione di prove edometriche e prove triassiali su campioni di sabbia provenienti dal sito di Treporti, situato in prossimit�� della bocca di Lido. La risposta sperimentale, in termini di modulo volumetrico, �� stata messa a confronto con i risultati di alcuni studi di letteratura, con particolare riferimento a quelli condotti da Jefferies & Been (2000). La disponibilit�� di prove di compressione edometrica realizzate nella cella K0 e la conseguente possibilit�� di valutare il coefficiente di spinta a riposo ha permesso di interpretare le prove in termini di tensione media efficace p' e di verificare l'applicabilit�� al caso in esame degli approcci di letteratura disponibili, spesso sviluppati a partire da prove di compressione isotropa effettuate in cella triassiale. Il comportamento tenso-deformativo osservato �� stato successivamente simulato con un modello costitutivo per sabbie sviluppato nell'ambito della Plasticit�� Generalizzata. In particolare sono state utilizzate tre diverse formulazioni, che costituiscono un avanzamento dell'iniziale modello costitutivo proposto da Pastor, Zienkiewicz e Chan (1990), basate sull'uso di un parametro di stato del materiale definito rispetto alle condizioni di Stato Critico. Dal confronto tra previsioni del modello e risposta sperimentale �� stato possibile individuare la formulazione che meglio simula il comportamento meccanico osservato sia in compressione edometrica sia in prove di taglio ed �� stato proposto un set di parametri costitutivi ritenuti rappresentativi del terreno studiato.

DTN discovery and routing: from space applications to terrestrial networks.

L'argomento di questa tesi �� l'architettura di rete Delay-/Disruption-Tolerant Networking (DTN), progettata per operare nelle reti ���challenged���, dove la suite di protocolli TCP/IP risulta inefficace a causa di lunghi ritardi di propagazione del segnale, interruzioni e disturbi di canale, ecc. Esempi di reti ���challenged��� variano dalle reti interplanetarie alle Mobile Ad-Hoc Networks (MANETs). Le principali implementazioni dell'architettura DTN sono DTN2, implementazione di riferimento, e ION, sviluppata da NASA JPL per applicazioni spaziali. Una grande differenza tra reti spaziali e terrestri �� che nello spazio i movimenti dei nodi sono deterministici, mentre non lo sono per i nodi mobili terrestri, i quali generalmente non conoscono la topologia della rete. Questo ha portato allo sviluppo di diversi algoritmi di routing: deterministici per le reti spaziali e opportunistici per quelle terrestri. NASA JPL ha recentemente deciso di estendere l'ambito di applicazione di ION per supportare anche scenari non deterministici. Durante la tesi, svolta presso NASA JPL, mi sono occupato di argomenti diversi, tutti finalizzati a questo obiettivo. Inizialmente ho testato la nuova implementazione dell'algoritmo IP Neighbor Discovery (IPND) di ION, corretti i bug e prodotta la documentazione ufficiale. Quindi ho contribuito ad integrare il Contact Graph Routing (CGR) di ION nel simulatore DTN ���ONE��� utilizzando la Java Native Interface (JNI) come ponte tra il codice Java di ONE e il codice C di ION. In particolare ho adattato tutte le librerie di ION necessarie per far funzionare CGR all'interno dell'ambiente di ONE. Infine, dopo aver analizzato un dataset di tracce reali di nodi mobili, ho contribuito a progettare e a sviluppare OCGR, estensione opportunistica del CGR, quindi ne ho curato l'integrazione in ONE. I risultati preliminari sembrano confermare la validit�� di OCGR che, una volta messo a punto, pu�� diventare un valido concorrente ai pi�� rinomati algoritmi opportunistici.

Web app per la gestione della propria auto elettrica

In questa tesi viene analizzato il concetto di mobilit�� elettrica e viene proposta un���applicazione per la gestione della propria auto elettrica. L'applicazione in questione si pone come scopo l���agevolazione delle interazioni dell���utente con l���auto a distanza. Analizzando le caratteristiche principali dell���auto elettrica, ne vengono delineati i benefici e le limitazioni dell���autonomia, per la quale si suggerisce soluzione tramite regole da adottare alla guida. Attraverso la comparazione con le tipologie di applicazioni esistenti per la mobilit�� si decide che genere di approccio adottare nella realizzazione della nostra applicazione. Seguono la descrizione delle tecnologie di sviluppo del progetto sotto forma di applicazione ibrida, tra le quali ci si sofferma sull'utilizzo di linguaggi di markup, fogli di stile e JavaScript lato client. Di quest���ultimo ne vengono elencate le API utilizzate, in particolare Google Maps e Google Charts. Successivamente si introduce il concetto di simulazione server ed i metodi e le tecniche adottate per renderlo effettivo. Infine vengono spiegate le scelte implementative nonch�� i metodi e le decisioni presi in ambito di sviluppo per realizzare al meglio l���applicazione, fornendo una presentazione dettagliata delle sue funzionalit��.

Characterization of moisture susceptibility of asphaltic bitumen

La ricerca riguarda lo studio delle modifiche indotte dalla diffusione di acqua e umidit�� nelle pavimentazioni stradali con riferimento ai materiali bituminosi. Lo scopo �� stato quello di analizzare le implicazioni che si sviluppano a livello chimico e reologico in vari bitumi. In questo progetto oltre alla fase sperimentale, �� stato utilizzato un software per la simulazione agli elementi finiti. Per quanto concerne la fase di laboratorio, �� stato sviluppato un nuovo protocollo di condizionamento. Tre diversi bitumi sono stati soggetti alla diffusione di acqua in forma liquida o vapore, a determinate condizioni ambientali e per svariati intervalli temporali. Grazie a l���utilizzo di due camere climatiche il condizionamento �� stato realizzato in modo uniforme a precisi valori temperatura e umidit�� mantenuti stabili. I materiali analizzati: un bitume soft, uno hard, ed infine uno modificato con l���aggiunta di polimeri. Il dispositivo FTIR-ATR �� stato utilizzato per la caratterizzazione chimica, mentre il comportamento reologico �� stato analizzato tramite test eseguiti con il DSR. Le avanzate tecnologie presenti nel laboratorio della TU Delft hanno consentito di ottenere notevoli risultati. L���analisi �� stata condotta con l���obiettivo di evidenziare i diversi cambiamenti indotti dalla diffusione di acqua liquida o vapore e per analizzare l���influenza della temperatura, del tipo del bitume e dell���incremento del tempo di condizionamento. Una analisi analoga �� stata condotta parallelamente, con lo scopo di investigare la correlazione tra il processo di invecchiamento e la diffusione di umidit��. Infine, la simulazione agli elementi finiti �� stata sviluppata tramite il software CAPA-3D per analizzare il comportamento del bitume in periodi pi�� estesi di diffusione di umidit��. Inoltre, il comportamento dei bitumi �� stato studiato anche in presenza di particelle di riempitivo. Particelle granitiche e calcaree sono state aggiunte ai bitumi in differenti percentuali.

Automatic Design of Boolean Networks for Modelling Differentiation Trees

Real living cell is a complex system governed by many process which are not yet fully understood: the process of cell differentiation is one of these. In this thesis work we make use of a cell differentiation model to develop gene regulatory networks (Boolean networks) with desired differentiation dynamics. To accomplish this task we have introduced techniques of automatic design and we have performed experiments using various differentiation trees. The results obtained have shown that the developed algorithms, except the Random algorithm, are able to generate Boolean networks with interesting differentiation dynamics. Moreover, we have presented some possible future applications and developments of the cell differentiation model in robotics and in medical research. Understanding the mechanisms involved in biological cells can gives us the possibility to explain some not yet understood dangerous disease, i.e the cancer. Le cellula �� un sistema complesso governato da molti processi ancora non pienamente compresi: il differenziamento cellulare �� uno di questi. In questa tesi utilizziamo un modello di differenziamento cellulare per sviluppare reti di regolazione genica (reti Booleane) con dinamiche di differenziamento desiderate. Per svolgere questo compito abbiamo introdotto tecniche di progettazione automatica e abbiamo eseguito esperimenti utilizzando vari alberi di differenziamento. I risultati ottenuti hanno mostrato che gli algoritmi sviluppati, eccetto l'algoritmo Random, sono in grado di poter generare reti Booleane con dinamiche di differenziamento interessanti. Inoltre, abbiamo presentato alcune possibili applicazioni e sviluppi futuri del modello di differenziamento in robotica e nella ricerca medica. Capire i meccanismi alla base del funzionamento cellulare pu�� fornirci la possibilit�� di spiegare patologie ancora oggi non comprese, come il cancro.

Metodi di map-matching per l'identificazione degli itinerari dei ciclisti

Negli ultimi anni si �� assistito al considerevole aumento della disponibilit�� di dati GPS e della loro precisione, dovuto alla diffusione e all���evoluzione tecnologica di smartphone e di applicazioni di localizzazione. Il processo di map-matching consiste nell���integrare tali dati - solitamente una lista ordinata di punti, identificati tramite coordinate geografiche ricavate mediante un sistema di localizzazione, come il GPS - con le reti disponibili; nell���ambito dell���ingegneria dei trasporti, l���obiettivo �� di identificare il percorso realmente scelto dall���utente per lo spostamento. Il presente lavoro si propone l���obiettivo di studiare alcune metodologie di map-matching per l���identificazione degli itinerari degli utenti, in particolare della mobilit�� ciclabile. Nel primo capitolo �� esposto il funzionamento dei sistemi di posizionamento e in particolare del sistema GPS: ne sono discusse le caratteristiche, la suddivisione nei vari segmenti, gli errori di misurazione e la cartografia di riferimento. Nel secondo capitolo sono presentati i vari aspetti del procedimento di map-matching, le sue principali applicazioni e alcune possibili classificazioni degli algoritmi di map-matching sviluppati in letteratura. Nel terzo capitolo �� esposto lo studio eseguito su diversi algoritmi di map-matching, che sono stati testati su un database di spostamenti di ciclisti nell���area urbana di Bologna, registrati tramite i loro smartphone sotto forma di punti GPS, e sulla relativa rete. Si analizzano altres�� i risultati ottenuti in un secondo ambiente di testing, predisposto nell���area urbana di Catania, dove sono state registrate in modo analogo alcune tracce di prova, e utilizzata la relativa rete. La comparazione degli algoritmi �� eseguita graficamente e attraverso degli indicatori. Vengono inoltre proposti e valutati due algoritmi che forniscono un aggiornamento di quelli analizzati, al fine di migliorarne le prestazioni in termini di accuratezza dei risultati e di costo computazionale.

Studio di conglomerati bituminosi drenanti contenenti polverino di gomma da Pneumatici Fuori Uso (PFU)

Gli odierni sviluppi delle reti stradali nel territorio italiano e l���aumento della propensione all���utilizzo del veicolo hanno portato ad una continua ricerca nello stesso ambito volta s�� a mantenere alti i livelli prestazionali e di sicurezza sulla rete stradale ma anche ad aprirsi ad uno scenario ecosostenibile, dato il continuo scarseggiare di materie prime per proseguire con le usuali tecniche di produzione. In tutti i campi riguardanti l���ambito delle costruzioni civili, che siano esse strutturali o infrastrutturali, numerose sono state le tecnologie introdotte per la realizzazione di materiali sostenibili ma anche e soprattutto il recupero di materiale di scarto, andando cos�� incontro oltre che a una costruzione sostenibile anche ad un recupero di ci�� che sarebbe destinato a discariche, ufficiali o abusive che siano. Nell���ottica dell���introduzione di ���nuovi��� materiali una posizione di rispetto interessa gli Pneumatici Fuori Uso (PFU) il cui recupero sotto forma di granulato e di polverino in gomma costituiscono, nell���ambito delle pavimentazioni stradali, una notevole opportunit�� di riutilizzo all���interno dei conglomerati bituminosi. Il presente lavoro sperimentale �� stato svolto nell���ottica di analizzare dapprima le caratteristiche delle pavimentazioni drenanti, del polverino di gomma da PFU e dell���interazione tra i due, a supporto delle sperimentazioni effettuate sulle miscele realizzate in laboratorio. In particolare, sfruttando la tecnologia dry, che permette l���inserimento del polverino nella fase di miscelazione degli aggregati, dopo un���attenta analisi preliminare della composizione delle miscele da realizzare e il successivo confezionamento dei provini e loro addensamento, si �� proceduto all���esecuzione di diverse prove al termine delle quali sono state analizzate le differenze meccaniche e reologiche tra miscele ottenute con aggiunta di polverino e miscele prive di PFU.

Temporal PageRank

The our reality is characterized by a constant progress and, to follow that, people need to stay up to date on the events. In a world with a lot of existing news, search for the ideal ones may be difficult, because the obstacles that make it arduous will be expanded more and more over time, due to the enrichment of data. In response, a great help is given by Information Retrieval, an interdisciplinary branch of computer science that deals with the management and the retrieval of the information. An IR system is developed to search for contents, contained in a reference dataset, considered relevant with respect to the need expressed by an interrogative query. To satisfy these ambitions, we must consider that most of the developed IR systems rely solely on textual similarity to identify relevant information, defining them as such when they include one or more keywords expressed by the query. The idea studied here is that this is not always sufficient, especially when it's necessary to manage large databases, as is the web. The existing solutions may generate low quality responses not allowing, to the users, a valid navigation through them. The intuition, to overcome these limitations, has been to define a new concept of relevance, to differently rank the results. So, the light was given to Temporal PageRank, a new proposal for the Web Information Retrieval that relies on a combination of several factors to increase the quality of research on the web. Temporal PageRank incorporates the advantages of a ranking algorithm, to prefer the information reported by web pages considered important by the context itself in which they reside, and the potential of techniques belonging to the world of the Temporal Information Retrieval, exploiting the temporal aspects of data, describing their chronological contexts. In this thesis, the new proposal is discussed, comparing its results with those achieved by the best known solutions, analyzing its strengths and its weaknesses.

FISHMETER: l'app per una scelta ecosostenibile

Lo scopo di questo lavoro �� stato quello di realizzare un'app, in collaborazione con l'Universit�� degli Studi di Roma Tor Vergata, che fosse di supporto nello stabilire l'ecostenibilit�� del pesce comprato da potenziali acquirenti. In modo particolare, per ecosostenibilit�� dell'acquisto del pesce intendiamo principalmente due fattori: - lunghezza minima del pesce pescato; - attenzione posta sul pescare ed acquistare pesce nel giusto periodo dell'anno. Col primo aspetto, intendiamo porre l'attenzione sul fatto che ogni esemplare di pesce deve essere di una certa lunghezza minima per essere pescato e poi messo in vendita mentre col secondo fattore intendiamo l'evitamento della pesca di certe specie di pesce qualora si trovino nella loro stagione riproduttiva. Pertanto, compito fondamentale dell'app presentata in questa tesi �� quello di stimare la lunghezza di un pesce acquistato mediante una fotografia scattata allo stesso tramite uno smartphone e di verificare se esso sia stato venduto nella giusta stagione, preoccupandosi poi non solo di informare di conseguenza l'utente ma anche di salvare ed inviare una segnalazione riguardo l'esito dell'operazione a seguito di un'attenta raccolta di dati. Vedremo nel corso di questo documento quali siano stati tutti i passaggi di sviluppo di questa app e quali aspetti abbiano richiesto una maggiore attenzione per mantenere sia una semplicit�� d'uso nei confronti dell'utente sia un'implementazione rapida ma efficiente.