Integrazione di Digital Twins e Mixed Reality: Un Caso di Studio

Questa tesi ha come proposito esplorare le architetture che integrano i Digital Twins in applicazioni di Mixed Reality. L’obiettivo cardine è quello di mostrare una possibile realizzazione di un sistema di questo tipo. Per raggiungere l’obiettivo posto si è scelto di progettare un sistema che sia realizzabile come soluzione in un contesto reale. La tesi è strutturata in modo tale da offrire al lettore una presentazione generale delle tecnologie utilizzate mantenendole ben distinte. Successivamente viene analizzata la possibilità di unire queste tecnologie presentando quindi delle possibili implementazioni. Come Caso di Studio si è scelto di realizzare un’applicazione a supporto dei medici che offrisse, durante un’operazione chirurgica, la possibilità di visualizzare il monitor dei parametri vitali tramite ologramma. L’architettura presentata viene suddivisa in tre sottosistemi indipendenti in base alla tecnologia presa di riferimento. Le macro sezioni presentate sono: Physical Asset, Digital Twins e Hologram. Questi sottosistemi vengono analizzati uno per volta e successivamente viene realizzata l’architettura inerente. Terminata la realizzazione del sistema, vengono presentate al lettore delle alternative architetturali con annesse le possibili implementazioni.

Studio e prototipazione di ecosistemi di Digital Twin su piattaforma Microsoft Azure DT

L’avvento dell’Internet of Things, in parallelo con il sempre più diffuso fenomeno della sensorizzazione, ha aperto la strada allo sviluppo di numerose tecnologie, tra le quali sono presenti anche i Digital Twin. Se inizialmente l’idea di Digital Twin era limitata a mantenere una copia virtuale di un oggetto fisico, con il passare del tempo questa visione si è ampliata, permettendo di riprodurre in un ambiente virtuale interi sistemi, come ad esempio città ed ospedali. Questi sistemi sono costituiti da vere e proprie reti di Digital Twin, tra loro connessi attraverso l’uso di relazioni. A questo proposito le sfide sono presenti e numerose: quel che manca è una visione unica e condivisa riguardante l’organizzazione di tali sistemi. Sotto questo aspetto, una delle proposte è il Web of Digital Twin, di cui verrà discusso all’intero della tesi. L’obiettivo di questa tesi è quello di capire come è possibile realizzare ecosistemi di Digital Twin coerenti con i principi del WoDT, attraverso la piattaforma Azure Digital Twin. A tale scopo è anche esposto un caso di studio pratico che comprende la prototipazione di un sistema di questo tipo.

Analisi prestazionale della ricerca di vicini in uno spazio vettoriale con Elasticsearch su infrastruttura cloud

Negli ultimi anni, a causa degli enormi progressi dell’informatica e della sempre crescente quantità di dati generati, si è sentito sempre più il bisogno di trovare nuove tecniche, approcci e algoritmi per la ricerca dei dati. Infatti, la quantità di informazioni da memorizzare è diventata tale che ormai si sente sempre più spesso parlare di "Big Data". Questo nuovo scenario ha reso sempre più inefficaci gli approcci tradizionali alla ricerca di dati. Recentemente sono state quindi proposte nuove tecniche di ricerca, come ad esempio le ricerche Nearest Neighbor. In questo elaborato sono analizzate le prestazioni della ricerca di vicini in uno spazio vettoriale utilizzando come sistema di data storage Elasticsearch su un’infrastruttura cloud. In particolare, sono stati analizzati e messi a confronto i tempi di ricerca delle ricerche Nearest Neighbor esatte e approssimate, valutando anche la perdita di precisione nel caso di ricerche approssimate, utilizzando due diverse metriche di distanza: la similarità coseno e il prodotto scalare.

Metodo innovativo per la misura delle scariche parziali sullo statore di un veicolo ibrido

L’affidabilità e la diagnostica sono tematiche che hanno sempre ricoperto un ruolo di fondamentale importanza in ambito elettrico. Il frenetico sviluppo che sta vivendo il settore della trazione elettrica dovuto alle restrizioni introdotte dall’UE sulle emissioni di CO2 ha ulteriormente incrementato la necessità di avere componenti sempre più performanti e affidabili. Questa tesi si concentra su una delle problematiche che interessano un motore elettrico: le scariche parziali. L’obiettivo di questo progetto è proporre un metodo innovativo per la rilevazione di scariche parziali che sfrutta le emissioni elettromagnetiche prodotte dalle scariche stesse. La novità rispetto ai tradizionali metodi è la possibilità di eseguire misure anche mentre il motore è in funzione. Il caso di riferimento è quello di un banco motore ma il metodo proposto, se correttamente validato potrà essere impiegato a bordo veicolo in un contesto di normale funzionamento. I principali dispositivi che compongono il sistema di misura presentato sono: un’antenna log-periodica con banda di lavoro 500MHz a 3GHz, un rilevatore di picco LTC5564 adatto per lavorare a radio frequenze ed un oscilloscopio USB. L’antenna rileva le onde elettromagnetiche prodotte dalle scariche parziali. Il rilevatore di picco, dispositivo la cui uscita è proporzionale all’ampiezza del segnale d’ingresso, fornisce un segnale con spettro in frequenza ridotto rispetto all’originale. L’ oscilloscopio digitale (Picoscope), più economico rispetto ai tradizionali oscilloscopi, consente infine l’acquisizione dei segnali. Le principali “tappe” dello sviluppo del nuovo sistema sono state: la caratterizzazione delle onde elettromagnetiche emesse dalle scariche parziali; il miglioramento del rapporto segnale/rumore; la programmazione di un’interfaccia utente.

progettazione e sviluppo software per l’automatizzazione dei processi di acquisto su piattaforme retail

Software bot per l’automatizzazione dell’acquisto su piattaforme retail (tech). Un sistema scritto interamente in Python riguardante web scraping, richieste HTTP, l’utilizzo di Cookie per il processo di checkout, sistemi di sicurezza, captcha, acquisto di un articolo in maniera autonoma, un sistema di autenticazione per la commercializzazione, sistema di log degli errori, sistema di notifiche. Il tutto sulla base di un cambiamento sociale che ha portato sempre più prodotti ad essere limitati rendendo difficile all’acquisto.

Valorizzazione e restauro delle mura di borgo San Giuliano in Rimini: facilitazione alla lettura e nuovi percorsi archeologici romano-medievali

Il lavoro di tesi si pone l'obiettivo di valorizzare la cinta muraria medievale della città di Rimini attraverso la progettazione di un sistema di percorsi archeologici, analizzando le criticità e sviluppando linee guida per il restauro e la riqualificazione dell’ambiente circostante. Il lavoro è diviso in fasi: 1-Ricerca storica di tipo archivistico e iconografico per indagare l’evoluzione del sistema difensivo partendo dalle origini fino alle recenti demolizioni. 2-Sulla base delle trilaterazioni in possesso, si è proceduto al rilievo diretto della cinta muraria di San Giuliano con l’obiettivo di comprendere la fabbrica delle mura e restituire graficamente lo stato dell’opera nelle parti che la compongono, in particolare della torre malatestiana e la scala riportandole informazioni necessarie al restauro. Si sono poi rilevate le criticità dell’area circostante le mura. 3-Si è elaborata una proposta progettuale di restauro in merito: -alla riqualificazione del parco con un progetto di restauro urbano degli spazi verdi e dei percorsi ciclo-pedonali per facilitare la lettura del tracciato storico e favorire la fruizione ai cittadini creando punti di ritrovo e di sosta; -alle mura, fondata sui principi di reversibilità, distinguibilità e minimo intervento restituendo un’idea volumetrica dell'immagine interrotta del monumento, minimi interventi di ripristino, la chiusura del varco incongruo della torre; -ai percorsi archeologici per facilitare la lettura della cinta muraria creando un sistema circolare sia interno che esterno tramite l’installazione di segnaletica sia orizzontale che verticale e la realizzazione di nuovi percorsi ciclo-pedonali collegati a quelli già esistenti. Nell’iter progettuale si sono voluti raggiungere il recupero e la valorizzazione dell’intera cinta muraria riminese collegando diversi interventi puntuali realizzati nel recente passato tramite un sistema organico di opere atte a fornire un’unità di linguaggio facilmente riconoscibile.

Ottimizzazione di un Data Warehouse con Google Cloud Platform

I dati sono una risorsa di valore inestimabile per tutte le organizzazioni. Queste informazioni vanno da una parte gestite tramite i classici sistemi operazionali, dall’altra parte analizzate per ottenere approfondimenti che possano guidare le scelte di business. Uno degli strumenti fondamentali a supporto delle scelte di business è il data warehouse. Questo elaborato è il frutto di un percorso di tirocinio svolto con l'azienda Injenia S.r.l. Il focus del percorso era rivolto all'ottimizzazione di un data warehouse che l'azienda vende come modulo aggiuntivo di un software di nome Interacta. Questo data warehouse, Interacta Analytics, ha espresso nel tempo notevoli criticità architetturali e di performance. L’architettura attualmente usata per la creazione e la gestione dei dati all'interno di Interacta Analytics utilizza un approccio batch, pertanto, l’obiettivo cardine dello studio è quello di trovare soluzioni alternative batch che garantiscano un risparmio sia in termini economici che di tempo, esplorando anche la possibilità di una transizione ad un’architettura streaming. Gli strumenti da utilizzare in questa ricerca dovevano inoltre mantenersi in linea con le tecnologie utilizzate per Interacta, ossia i servizi della Google Cloud Platform. Dopo una breve dissertazione sul background teorico di questa area tematica, l'elaborato si concentra sul funzionamento del software principale e sulla struttura logica del modulo di analisi. Infine, si espone il lavoro sperimentale, innanzitutto proponendo un'analisi delle criticità principali del sistema as-is, dopodiché ipotizzando e valutando quattro ipotesi migliorative batch e due streaming. Queste, come viene espresso nelle conclusioni della ricerca, migliorano di molto le performance del sistema di analisi in termini di tempistiche di elaborazione, di costo totale e di semplicità dell'architettura, in particolare grazie all'utilizzo dei servizi serverless con container e FaaS della piattaforma cloud di Google.

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

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

Analytic Network Process (ANP) a supporto della scelta della strategia produttiva: sviluppo e test di un approccio decisionale

Di fronte alla concorrenza globale, la sopravvivenza di un'azienda manifatturiera dipende sempre più da come essa può progettare, gestire e strutturare al meglio il proprio sistema di produzione per far fronte alla diversità dei prodotti, per migliorare l'affidabilità di consegna e anche per ridurre i costi. In questo contesto, le aziende manifatturiere utilizzano spesso sistemi di produzione diversi, in base a ciò che richiede il mercato. Molto in generale, i sistemi produttivi possono essere classificati in due categorie principali: make-to-stock (MTS) e make-to-order (MTO), in base alla politica di risposta alla domanda del mercato. Nel nuovo contesto competitivo le aziende si sono trovate a dover produrre costantemente prodotti specifici e di alta qualità con costi unitari bassi e livelli di servizio elevati (ossia, tempi di consegna brevi). È chiaro, dunque, che una delle principali decisioni strategiche da prendere da parte delle aziende sia quella relativa alla ripartizione dei prodotti in MTS/MTO, ovvero quale prodotto o famiglia di prodotti può essere fabbricato per essere stoccato a magazzino (MTS), quale può essere prodotto su ordinazione (MTO) e quale dovrebbe essere fabbricato in base alla politica di produzione ibrida MTS/MTO. Gli ultimi anni hanno mostrato una serie di cambiamenti nella politica di produzione delle aziende, che si stanno gradualmente spostando sempre più verso la modalità̀ di produzione ibrida MTS/MTO. In particolare, questo elaborato si concentrerà sul delayed product differentiation (DPD), una particolare strategia produttiva ibrida, e ne verrà proposto un modello decisionale basato sul funzionamento dell’Analytic Network Process (ANP) implementato attraverso il software Superdecisions.

Riqualificazione energetica di un edificio plurifamiliare nel comune di Castel Maggiore (BO) con applicazione del Superbonus 110

La tesi propone un esempio di riqualificazione energetica di un edificio residenziale sito a Castel Maggiore (Bologna) con l’applicazione della pratica di detrazione fiscale Bonus 110% introdotta nell’anno 2020 con il Decreto Rilancio. Il lavoro segue l’iter burocratico e progettuale alla base di questa pratica, a partire dalle fasi preliminari di studio dello stato di fatto dell’edificio fino alla realizzazione degli interventi proposti. La tesi si sviluppa come segue. I primi due capitoli definiscono alcuni concetti base della termotecnica e le regole per l’applicazione del Bonus 110. I due capitoli successivi forniscono la situazione dell’edificio allo stato di fatto sia per quanto riguarda la struttura e l’impianto termico sia per quanto riguarda le dispersioni termiche e il fabbisogno energetico. Allo stato di fatto il condominio presenta strutture non coibentate, infissi e impianto termico datati. Il quinto capitolo riporta gli interventi previsti: quelli trainanti sono il rifacimento dell’impianto termico e la coibentazione delle pareti esterne e della copertura; quelli trainati sono la sostituzione degli infissi e l’installazione dell’impianto fotovoltaico. Il sesto capitolo presenta il dimensionamento del generatore di calore e dell’impianto fotovoltaico, nonché i risultati ottenuti con l’analisi energetica dell’edificio in seguito all’esecuzione degli interventi proposti. Il settimo capitolo riporta i dimensionamenti dei vari componenti dell’impianto, mentre nell’ottavo capitolo si esegue l’analisi economica complessiva. Gli interventi effettuati comportano un calo drastico delle dispersioni termiche e dell’indice di prestazione energetica, un maggior comfort all’interno dei locali e un notevole aumento nell’uso di energia primaria rinnovabile. L’edificio passa dalla classe energetica F alla classe energetica A4, realizzando così pienamente gli obiettivi di efficientamento energetico e rientrando ampiamente nei requisiti imposti dalla pratica Bonus 110%.

Raffinamento della posizione ottenuta da un GPS tramite misure di fase

Questa tesi elabora un sistema di filtraggio delle pseudodistanze calcolate da un ricevitore GPS, al fine di ottenere un miglior posizionamento. Infatti, dopo aver analizzato e quindi filtrato i dati in ingresso tramite l’impiego delle misure di fase, si può ottenere una precisione nell’ordine dei centimetri. La tecnica di filtraggio prende il nome di carrier-smoothing e permette di selezionare le misure di pseudorange mediante le misure di ADR (Accumulated Delta Range) grazie all’applicazione di una struttura a filtro complementare. Per svolgere questo tipo di lavoro, non è stato necessario l’utilizzo di un ricevitore GPS fisico, ma è stato realizzato, nell’ambiente Matlab/Simulink, un simulatore GNSS (Global Navigation Satellite System) che sostanzialmente emula quello che farebbe un ricevitore.

Un ponte tra Crowdsourcing e Crowdsensing: L'implementazione di SmartCrowd

L’elaborato presenta lo sviluppo di un’applicazione web che unisce il con- cetto di crowdsourcing, ovvero un paradigma in cui una colletività esegue una mansione per il raggiungimento di un obiettivo; e il concetto di crowd- sensing, paradigma nel quale un gruppo di persone, utilizzando il proprio dispositivo mobile, condivide dati, che possono essere successivamente stu- diati. SmartCrowd si pone come intermediario tra questi due modelli, e la sua implementazione permette di raccogliere dati da una “folla” che faccia uso dei dispositivi mobili, usufruendo di una piattaforma di crowdsourcing. Con SmartCrowd vengono create le campagne, ovvero insieme di attività svol- te dagli utenti finali; esiste un sistema di interazione con la piattaforma di crowdsourcing di Microworkers, volta al reclutamento delle persone; la con- divisione dei dati tramite smartphone, usando il sensore GPS, eseguita dagli utenti ed infine, tramite SmartCrowd è possibile analizzare i dati ricevuti e fare una valutazione positiva o negativa.

Progettazione e modellazione numerica di un elemento strutturale per il telaio dell’auto solare Emilia 5

Nel seguente elaborato viene ripercorso il lavoro svolto per la progettazione di un box batterie in materiale composito e in particolare il relativo sistema di fissaggio al telaio che verrà utilizzato per l’auto solare Emilia 5. Questo prototipo di veicolo, che viene sviluppato dai membri del team Onda Solare presso l’azienda Metal TIG a Castel San Pietro Terme (BO), è un’auto completamente elettrica che sfrutta l’energia solare attraverso pannelli fotovoltaici e la cui propulsione è garantita dalla sola energia accumulata nelle batterie. Emilia 5 gareggerà all’evento World Solar Challenge 2023 in Australia, competizione riservata alle auto solari che vede impegnati teams da tutto il mondo. L’elaborato mostra inizialmente la modellazione geometrica tridimensionale delle parti sviluppata attraverso il software Solidworks, analizzandone i dettagli funzionali. In seguito, tramite il software Ansys Workbench, vengono eseguite simulazioni agli elementi finiti verificando che i componenti, considerati in alluminio, rispondano correttamente ai carichi imposti. Per ultimo, vengono menzionati i materiali compositi in fibra di carbonio e si analizza la sequenza di laminazione relativa alla scatola delle batterie. I risultati ottenuti saranno utilizzati dal team Onda Solare come punto di riferimento per la realizzazione dei componenti di Emilia 5.

Discriminazione n/γ tramite l'analisi della forma dell'impulso di uno scintillatore di stilbene deuterato

Nel corso degli ultimi decenni sono stati eseguiti diversi esperimenti volti alla misura della lunghezza di scattering neutrone-neutrone, ma alcuni risultati si sono rivelati discordanti e ad oggi essa è ancora nota con insufficiente precisione, a causa della complessità del problema sia dal punto di vista teorico che sperimentale. Una migliore conoscenza di questa grandezza può fornire importanti informazioni sulla natura dei nucleoni e sulle loro interazioni. È stato quindi proposto un esperimento volto alla misura della lunghezza di scattering neutrone-neutrone al CERN di Ginevra, presso la facility n_TOF, sfruttando gli aggiornamenti apportati alle aree sperimentali e alla sorgente di neutroni negli ultimi anni. L'esperimento prevede di utilizzare la reazione di breakup del deuterio tramite l'impiego di un target attivo, composto da un bersaglio di stilbene deuterato (stilbene-d12) che funge anche da materiale scintillatore. Per verificare la fattibilità dell'esperimento sono stati eseguiti dei test preliminari presso la facility del National Center for Scientific Research (NCSR) Demokritos, irradiando il target attivo con neutroni e raggi γ a diverse energie e utilizzando due tipi diversi di sensori fotomoltiplicatori al silicio (SiPM) nel sistema di rivelazione. In questa tesi sono stati analizzati dei segnali provenienti da questi test, valutando la possibilità di eseguire discriminazione n/γ sfruttando la tecnica della Pulse Shape Discrimination (PSD).

Analisi di un metodo per la discriminazione delle particelle neutre nell'ambito dell'esperimento FOOT

L'adroterapia è una delle tecniche utilizzate ad oggi per trattare i tumori ed è basata sull'utilizzo di fasci di particelle cariche, come protoni e ioni carbonio, accelerati sulla zona da trattare. A differenza dei fotoni, utilizzati in radioterapia, le particelle cariche permettono un rilascio di energia più mirato, danneggiando il DNA delle cellule tumorali fino ad impedirne la duplicazione, senza intaccare i tessuti sani circostanti. Per sfruttare al meglio questa tecnica è necessario conoscere a fondo i processi di frammentazione nucleare che possono avere luogo durante il trattamento, sui quali si hanno ancora insufficienti dati sperimentali, in particolare a proposito della frammentazione del bersaglio. L'esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target) nasce proprio per poter misurare le sezioni d'urto differenziali dei processi di frammentazione nucleare alle tipiche energie dell'adroterapia, dai 60 MeV/u ai 400 MeV/u. Allo stato attuale l'esperimento è dotato di un apparato per la rivelazione di frammenti carichi pesanti e uno per quelli leggeri, mentre non ha un sistema di rivelazione per le particelle neutre. Si sta quindi valutando la possibilità di aggiungere rivelatori di neutroni, per esempio gli scintillatori liquidi BC-501A, i quali permettono di discriminare fotoni da neutroni grazie alla diversa forma del segnale prodotto (Pulse Shape Discrimination). Per studiare le prestazioni di questi rivelatori, essi si stanno attualmente testando alla facility n_TOF del CERN con diverse sorgenti di particelle. In questo lavoro di tesi mi sono occupata di analizzare i segnali raccolti da due BC-501A con una sorgente AmBe di raggi γ e neutroni, con schermo in piombo, e con una sorgente 88Y di soli raggi γ, evidenziando le buone capacità di questi rivelatori di identificare correttamente neutroni e fotoni.