Tecniche di deep learning per il monitoraggio del processo nell’industria dello pneumatico

Il seguente elaborato affronta l'implementazione di un algoritmo che affronta un problema di controllo di processo in ambito industriale utilizzando algoritmi di object detection. Infatti, il progetto concordato con il professore Di Stefano si è svolto in collaborazione con l’azienda Pirelli, nell’ambito della produzione di pneumatici. Lo scopo dell'algoritmo implementato è di verificare il preciso orientamento di elementi grafici della copertura, utilizzati dalle case automobilistiche per equipaggiare correttamente le vetture. In particolare, si devono individuare delle scritte sul battistrada della copertura e identificarne la posizione rispetto ad altri elementi fissati su di essa. La tesi affronta questo task in due parti distinte: la prima consiste nel training di algoritmi di deep learning per il riconoscimento degli elementi grafici e del battistrada, la seconda è un decisore che opera a valle del primo sistema utilizzando gli output delle reti allenate.

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.

Analisi e nuove applicazioni delle Real-time Silent Speech BCIs

Il fatto che il pensiero sia più rapido della comunicazione verbale o scritta è un concetto ormai consolidato. Ricerche recenti, però, si stanno occupando di sviluppare nuove tecnologie in grado di tradurre l’attività neurale in parole o testi in tempo reale. È proprio questo il campo delle Real-time Silent Speech Brain-Computer Interfaces, ovvero sistemi di comunicazione alternativi, basati sulla registrazione e sull’interpretazione di segnali neurali, generati durante il tentativo di parlare o di scrivere. Queste innovazioni tecnologiche costituiscono un traguardo fondamentale per la vita delle persone con paralisi o con patologie neurologiche che determinano l’inabilità a comunicare. L’obiettivo di questo elaborato è quello di descrivere due applicazioni innovative nell’ambito delle Real-time Silent Speech-BCIs. I metodi di BCI confrontati nel presente elaborato sintetizzano il parlato attraverso la rilevazione invasiva o parzialmente invasiva dell’attività cerebrale. L’utilizzo di metodi invasivi per la registrazione dell’attività cerebrale è giustificato dal fatto che le performance di acquisizione del segnale ottenute sono tali da controbilanciare i rischi associati all’operazione chirurgica necessaria per l’impianto. Le tecniche descritte sfruttano delle Reti Neurali Ricorrenti (RNNs), che si sono dimostrate le più efficaci nel prevedere dati sequenziali. Gli studi presentati in questa tesi costituiscono un passaggio fondamentale nel progresso tecnologico per il ripristino della comunicazione in tempo reale e sono i primi a riportare prestazioni di sintesi paragonabili a quelle del linguaggio naturale.

Data-driven Signal Processing per Jamming Detection in Sistemi Satellitari

In questo elaborato vengono analizzate differenti tecniche per la detection di jammer attivi e costanti in una comunicazione satellitare in uplink. Osservando un numero limitato di campioni ricevuti si vuole identificare la presenza di un jammer. A tal fine sono stati implementati i seguenti classificatori binari: support vector machine (SVM), multilayer perceptron (MLP), spectrum guarding e autoencoder. Questi algoritmi di apprendimento automatico dipendono dalle features che ricevono in ingresso, per questo motivo è stata posta particolare attenzione alla loro scelta. A tal fine, sono state confrontate le accuratezze ottenute dai detector addestrati utilizzando differenti tipologie di informazione come: i segnali grezzi nel tempo, le statistical features, le trasformate wavelet e lo spettro ciclico. I pattern prodotti dall’estrazione di queste features dai segnali satellitari possono avere dimensioni elevate, quindi, prima della detection, vengono utilizzati i seguenti algoritmi per la riduzione della dimensionalità: principal component analysis (PCA) e linear discriminant analysis (LDA). Lo scopo di tale processo non è quello di eliminare le features meno rilevanti, ma combinarle in modo da preservare al massimo l’informazione, evitando problemi di overfitting e underfitting. Le simulazioni numeriche effettuate hanno evidenziato come lo spettro ciclico sia in grado di fornire le features migliori per la detection producendo però pattern di dimensioni elevate, per questo motivo è stato necessario l’utilizzo di algoritmi di riduzione della dimensionalità. In particolare, l'algoritmo PCA è stato in grado di estrarre delle informazioni migliori rispetto a LDA, le cui accuratezze risentivano troppo del tipo di jammer utilizzato nella fase di addestramento. Infine, l’algoritmo che ha fornito le prestazioni migliori è stato il Multilayer Perceptron che ha richiesto tempi di addestramento contenuti e dei valori di accuratezza elevati.

Dinamica dei due e/o pochi corpi: sistemi binari, sistema solare

La dinamica dei due corpi è un problema di meccanica celeste di grande rilevanza per l’astrofisica, permette di studiare l’interazione tra due masse puntiformi che si muovono sotto una mutua attrazione gravitazionale, descritta dalle leggi universali della gravi- tazione di Newton. Inoltre è l’unico problema riguardante la dinamica gravitazionale per il quale si ha una completa e generale soluzione analitica. Nel capitolo 1 vengono introdotti gli strumenti matematici e il formalismo alla base del problema dei due corpi, utile per lo studio dell’interazione gravitazionale tra due masse puntiformi; arrivando a ricavare anche le leggi di Keplero. Risulta immediato immaginare che i sistemi osservati nell’universo non siano strettamente formati da soli due corpi, bensì potrebbe capitare che il numero n di corpi sia tale che n > 2. Successivamente, nel capitolo 2, viene trattato un caso più generale del problema dei due corpi, il problema dei tre corpi. Come si può intuire in questo caso si estenderà l’analisi all’interazione gravitazionale di 3 corpi, trattando inizialmente il problema nel quale uno dei tre corpi ha massa trascurabile rispetto agli altri due, detto problema dei tre corpi circolare ristretto. A seguire si tratta il caso generale del problema dei tre corpi, in cui le masse sono tra loro confrontabili. Al contrario del problema dei due corpi quello dei tre corpi non ha una soluzione analitica, viene risolto numericamente. In conclusione, nel capitolo 3, si trattano le interazioni di stelle o altri corpi in sistemi binari o a tre corpi, con alcune applicazioni astrofisiche. Vengono messi in luce esempi riguardanti il problema dei due corpi in ammassi globulari e dei tre corpi nel sistema solare, trattando in questo caso l’effetto dell’interazione a più corpi sulla precessione del perielio di Mercurio.

Teorema del viriale e applicazioni astrofisiche

Il teorema del viriale esprime una delle relazioni più importanti e utilizzate in astrofisica. In questo elaborato il teorema del viriale viene dimostrato in maniera classica per un generico sistema di N corpi, evidenziando in particolare la forma che esso assume in sistemi autogravitanti. Successivamente si forniscono alcune generalizzazioni del teorema e si mostra come esso possa essere dedotto dall’equazione non collisionale di Boltzmann grazie al concetto di funzione di distribuzione. Nella seconda parte della tesi si discutono alcune implicazioni del teorema del viriale per sistemi autogravitanti, quali il meccanismo di Kelvin-Helmholtz nelle stelle e la catastrofe gravotermica negli ammassi globulari. Infine si utilizza il teorema del viriale tensoriale per spiegare come forma, rotazione e anisotropia siano tra loro legate nelle galassie ellittiche.

Ottimizzazione unidimensionale nella scuola secondaria di secondo grado: un percorso didattico con GeoGebra

L'argomento principale discusso in questa tesi riguarda la proposta di un'attività laboratoriale circa la trattazione di problemi di ottimizzazione unidimensionale in una scuola secondaria di secondo grado. Tale argomento rientra, infatti, tra le voci all'interno dei programmi ministeriali stilati per le classi terze dei Licei Scientifici, come applicazione dello studio e dell'analisi della parabola e come preambolo per la trattazione di problemi isoperimetrici e geometrici. Si tratta, dunque, di risolvere dei problemi di massimo e minimo senza utilizzare la derivata, sfruttando solamente la parabola e l'aspetto grafico del problema. Da qui, l'importanza di soffermarsi sulla visualizzazione corretta della situazione problematica, facendo proprie le potenzialità di software didattici, come GeoGebra, che permettono agli studenti di risolvere le proprie difficoltà. Verrà quindi illustrato il percorso didattico progettato: i risultati teorici elaborati e le modalità di ragionamento; lo sviluppo storico che vi è dietro, soffermandosi sugli studi di alcuni matematici importanti; alcune applicazioni reali dell'ottimizzazione, mostrando specialmente qualche legame con la fisica. Viene riportato, anche, lo svolgimento di alcuni esercizi, confrontando sia la modalità più tradizionale che quella incentrata sulla costruzione grafica su GeoGebra. Nell'ultimo Capitolo, infine, viene fornita una analisi dei feedback e dei risultati relativa all'attività laboratoriale, che è stata presentata all'interno di una classe terza di un Liceo Scientifico: verranno esaminati i livelli di competenze raggiunti e gli eventuali vantaggi offerti da una trattazione di questo tipo.

Ecocardiografia 3D real-time: principi fisici, tecnologia e applicazioni fetali per diagnosi prenatale

La diagnosi clinica, definita come un giudizio clinico espresso da un esperto sulla salute di un individuo, dopo aver effettuato degli esami obiettivi attraverso la strumentazione adeguata allo specifico caso clinico, rappresenta un elemento fondamentale nel paradigma Prevenzione – Diagnosi – Cura – Riabilitazione, che ha come fine ultimo la salute del paziente. In questo elaborato viene presentata una tecnica di imaging che permette di fare diagnosi in uno degli organi più importanti e delicati del corpo umano, cioè il cuore, sia degli adulti, sia dei feti: l’ecocardiografia 3D Real-Time. L’elaborato si sviluppa in tre capitoli, come di seguito presentato. - Capitolo 1: si descrive la tecnologia su cui si fonda l’ecocardiografia volumetrica Real-Time attraverso le varie fasi di realizzazione dello scanner, il quale consente sia l’acquisizione sia la visualizzazione dei volumi in tempo reale; - Capitolo 2: il sistema di imaging presentato nel capitolo precedente, viene contestualizzato in un organo specifico, ovvero il cuore, illustrandone le caratteristiche, le differenze rispetto a tecniche ritenute meno performanti nella valutazione di patologie cardiache, oltre che alcune particolari evoluzioni, quali Strain Rate Imaging e Tissue Doppler Imaging; - Capitolo 3: si descrive in cosa consiste l’ecocardiografia 3D Real-Time fetale, qual è la sua finalità e quali potrebbero essere alcune applicazioni cliniche tramite cui fare una diagnosi prenatale; inoltre, si evidenzia l’importanza dell’ecocardiografia per studiare le modifiche a cui è soggetto l’apparato cardiovascolare di una donna durante i mesi di gestazione e, quindi, sottoporla alle cure opportune.

Studio delle prestazioni di un sistema per il sensing basato sulla modulazione OTFS

Questo elaborato tratta lo studio e l'implementazione della modulazione Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) in sistemi di tipo Joint Sensing and Communication (JSC), ossia sistemi in cui le funzionalità di comunicazione e "sensing" condividono lo stesso hardware e la stessa banda di frequenze. La modulazione OTFS è una recente tecnica di modulazione bidimensionale, progettata nel dominio delay-Doppler, che sta riscuotendo particolare interesse nel panorama delle telecomunicazioni in quanto portatrice di alcuni importanti vantaggi nei sistemi delle reti cellulari. Rispetto alle moderne modulazioni multi-portante, come l'OFDM, l'OTFS si dimostra essere in grado di offrire prestazioni migliori e più robuste in condizioni di connessioni ad alta velocità (High Mobility), con una maggiore efficienza spettrale, in quanto non prevede l'utilizzo di un prefisso ciclico per la gestione del problema dell'ISI. Un altro punto di forza importante della modulazione OTFS è quello di risultare particolarmente adatta e compatibile con le applicazioni di JSC, soprattutto grazie all'estrema robustezza a grandi spostamenti Doppler, e la possibilità di fare "sensing" raggiungendo distanze decisamente maggiori rispetto all'OFDM, grazie all'assenza del prefisso ciclico. Tutto questo però viene al costo di un notevole incremento del sistema, con tempi di esecuzione molto elevati. Dopo aver presentato il sistema OTFS in generale e in ambito JSC, in un particolare scenario, lo si è implementando in MATLAB sviluppando due versioni: una standard e una a complessità ridotta, in grado di raggiungere risoluzioni molto elevate in tempi di calcolo contenuti. Infine questo sistema, in grado di stimare i parametri radar di distanza e velocità radiale relativa, associati ad un certo target, è stato simulato e i risultati relativi alle performance sulla stima dei parametri, in termini di RMSE e CRLB, sono stati riportati e posti a confronto con quelli ottenuti nel caso OFDM, a parità di scenario.

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

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

Sviluppo di applicazioni real-time multi-utente: un middleware basato sulla piattaforma Croquet

Il crescente aumento del numero di dispositivi connessi in rete e delle applicazioni che vengono sviluppate su di essa ha trasformato completamente lo standard delle applicazioni che una volta erano single-user, facendo quindi arrivare lo standard ad un modello multi-utente, dove si ha un ambiente collaborativo e condiviso in cui le azioni di un determinato utente vanno ad influire anche sugli altri. Altra necessità al giorno d'oggi è inoltre che queste applicazioni multi-utente siano anche real-time, ovvero che si aggiornino in tempo reale e che di conseguenza l'azione di un singolo utente debba essere trasmessa e notificata a tutti gli altri in modo che possano gestirla di conseguenza. Lo sviluppo di tali applicazioni risulta quindi particolarmente complesso, tuttavia esistono anche soluzioni architetturali e framework che risultano essere dedicati all'implementazione di tale tipo di applicazioni, il quale obiettivo è quindi quello di semplificarne e velocizzarne lo sviluppo, tramite l'utilizzo di pattern o architetture mirate all'implementazione di un tipo specifico di tali applicazioni. Un esempio di tali soluzioni è Croquet, che permette la creazione di applicazioni real-time multi-utente, senza la necessità di scrivere alcun codice per la parte server o per la gestione delle comunicazioni tra i peer, ma solamente sviluppando il modello del client, ovvero la parte in esecuzione sulla macchina dell'utente. Questa tesi andrà quindi ad effettuare uno studio sul funzionamento e sull'architettura di Croquet proseguendo quindi con lo sviluppo di un middleware che permetta la creazione di applicazioni real-time multi-utente indipendenti dal linguaggio di sviluppo, le quali si potranno quindi appoggiare sull'architettura di Croquet per funzionare e comunicare, avendo quindi a disposizione tutte le garanzie che vengono offerte da Croquet e dalla sua architettura.

Un ambiente grafico per creare applicazioni Web in Blazor: progettazione e prototipazione

Blazor è un innovativo framework di Microsoft per lo sviluppo di applicazioni web in C#, HTML e CSS. Questo framework non possiede un designer visuale, ovvero un supporto grafico "drag-and-drop" alla creazione delle web applications. Questa tesi affronta la progettazione e la prototipazione di "Blazor Designer", un DSL (Domain-Specific Language) grafico a supporto dello sviluppo applicazioni web a pagina singola (SPA) sviluppato in collaborazione con IPREL Progetti srl, società del gruppo SACMI. Nella tesi si fa una analisi delle tecnologie messe a disposizione da Blazor, compreso WebAssembly, si discutono le caratteristiche e i vantaggi dei DSL, si descrive la progettazione e l'implementazione di "Blazor Designer" come estensione di Visual Studio. La conclusione riassume i risultati raggiunti, i limiti e le opportunità future: un DSL è effettivamente in grado di rendere più user-friendly e semplice lo sviluppo, ma lo strumento deve essere integrato per essere sfruttato pienamente.

tecniche di machine learning per la predizione del rating delle applicazioni all’interno di un play store

Il mio progetto di tesi ha come obiettivo quello di creare un modello in grado di predire il rating delle applicazioni presenti all’interno del Play Store, uno dei più grandi servizi di distribuzione digitale Android. A tale scopo ho utilizzato il linguaggio Python, che grazie alle sue librerie, alla sua semplicità e alla sua versatilità è certamen- te uno dei linguaggi più usati nel campo dell’intelligenza artificiale. Il punto di partenza del mio studio è stato il Dataset (Insieme di dati strutturati in forma relazionale) “Google Play Store Apps” reperibile su Kaggle al seguente indirizzo: https://www.kaggle.com/datasets/lava18/google-play-store-apps, contenente 10841 osservazioni e 13 attributi. Dopo una prima parte relativa al caricamen- to, alla visualizzazione e alla preparazione dei dati su cui lavorare, ho applica- to quattro di↵erenti tecniche di Machine Learning per la stima del rating delle applicazioni. In particolare, sono state utilizzate:https://www.kaggle.com/datasets/lava18/google-play-store-apps, contenente 10841 osservazioni e 13 attributi. Dopo una prima parte relativa al caricamento, alla visualizzazione e alla preparazione dei dati su cui lavorare, ho applicato quattro differenti tecniche di Machine Learning per la stima del rating delle applicazioni: Ridje, Regressione Lineare, Random Forest e SVR. Tali algoritmi sono stati applicati attuando due tipi diversi di trasformazioni (Label Encoding e One Hot Encoding) sulla variabile ‘Category’, con lo scopo di analizzare come le suddette trasformazioni riescano a influire sulla bontà del modello. Ho confrontato poi l’errore quadratico medio (MSE), l’errore medio as- soluto (MAE) e l’errore mediano assoluto (MdAE) con il fine di capire quale sia l’algoritmo più efficiente.

Implementazione di ambiente simulativo per validazione di sistemi di navigazione GPS in LEO

Il lavoro di questa tesi è stato implementare su Matlab un algoritmo numerico che permettesse di determinare la posizione di un utilizzatore mediante misure GPS. In particolare, dopo un'introduzione al sistema GPS e alla navigazione GPS, è stato analizzato il contenuto dei LOG di ESEO e si è proceduto all'implementazione dell'algoritmo sul calcolatore. Lo scopo ultimo della tesi è stato verificare l'accuratezza di tale algoritmo, mediante il calcolo degli errori con le posizioni reali e mediante una verifica tramite calcolo del range geometrico.

Blockchain a supporto di Solid: potenzialità e applicazioni al controllo degli accessi

L’eccessiva centralizzazione dei dati ha reso sempre più frequenti fenomeni di manomissione e condivisione delle informazioni degli utenti senza il consenso dei proprietari. Questi potenziali rischi hanno aumentato negli utenti l’esigenza di una maggiore autorità sui propri dati, suscitando l’interesse per il decentramento. Questa tesi analizza due approcci al decentramento che sono Solid e Blockchain, e si concentra sui sistemi legati al controllo degli accessi derivanti dalla combinazione di questi due approcci. L’analisi parte dal descrivere le principali caratteristiche e funzionalità di Solid e Blockchain. Successivamente, dalla tesi si evince come, questi due paradigmi combinati insieme, possano rappresentare una soluzione valida alla decentralizzazione dei dati e vengono illustrati i principali ambiti in cui possono essere applicati sistemi assisti da Blockchain per Solid. In particolare lo studio approfondisce l'applicazione al controllo degli accessi e autenticazione dei dati. Due sono i sistemi presi in esame e approfonditi in questa tesi ovvero BCSolid e TrustAccess. Entrambi sono stati descritti in maniera dettagliata delineando l’architettura, la progettazione, le tecniche crittografiche utilizzate e illustrando dei casi d’uso pratici. Nella parte finale di questo elaborato viene effettuato un confronto tra questi due sistemi e spiegati i motivi per cui Trust Access può essere considerato migliore di BCSolid.