Sviluppo ed applicazione di un modello di ottimizzazione per la gestione di una rete di Simbiosi Industriale

Nell’attuale contesto competitivo, sempre più alla ricerca di un incontro tra esigenze di natura economica e logiche di Sostenibilità Ambientale e di Economia Circolare (E.C.), questo elaborato si pone l’obiettivo di presentare un modello matematico, formulato per la simulazione e la conseguente ottimizzazione di una rete logistica gestita con logiche di Simbiosi Industriale (S.I.). Lo scopo di tale modello è fungere da supporto all’adozione di pratiche di S.I. in un determinato contesto territoriale, attraverso l’individuazione delle sinergie ottime, tra quelle considerate possibili, in grado di ridurre la produzione di rifiuti, a favore del riutilizzo di sottoprodotti e materie prime seconde, minimizzando il costo totale del sistema. Preliminarmente alla presentazione del modello, sarà descritto il contesto in cui la S.I. si colloca e i suoi collegamenti con i concetti di Ecologia Industriale (E.I.) ed E.C., verranno distinti i vari modelli esistenti di S.I. ed i casi di successo presenti nel contesto italiano ed europeo, e sarà illustrato l’attuale inquadramento normativo. In seguito, verranno descritti nel dettaglio il modello matematico e un caso studio, dimensionato allo scopo di validare il modello stesso. Fase particolarmente critica del lavoro è risultata essere quella relativa alla raccolta dati da inserire nel caso studio, in quanto informazioni sensibili e di conseguenza non facilmente reperibili. I risultati ottenuti dimostrano come possa risultare conveniente, dal punto di vista economico, l’adozione di pratiche di S.I. negli scambi tra realtà industriali, e in che modo tale convenienza muti al variare delle condizioni economiche al contorno.

Analisi e studio computazionale di solver per problemi di routing di interesse industriale

Il Routing rappresenta uno dei problemi più studiati nell’ambito della Ricerca Operativa in quanto offre molteplici possibilità di ottimizzazione da cui possono derivare altrettanti vantaggi per le aziende che decidono di gestirlo in maniera strutturata. Uno dei principali ambiti di applicazione del routing è la pianificazione operativa del trasporto merci a clienti sparsi in un determinato territorio. Ci sono aziende che devono organizzare la loro Logistica distributiva ogni giorno. Ormai è diventato evidente che la realizzazione di questo processo mediante modalità “standard”, senza l’utilizzo di appositi strumenti di ottimizzazione, non solo porta alla perdita di occasioni importanti in termini di vantaggi raggiungibili, ma è anche molto più dispendiosa a livello di tempo richiesto. Molte aziende si stanno quindi affidando a soluzioni SW che si vadano ad integrare con i loro processi decisionali. Questi sistemi hanno alla base delle componenti algoritmiche in grado di trovare la migliore soluzione possibile per la tipologia specifica di Routing da affrontare. Per questi motivi, lo sviluppo di algoritmi in grado di risolvere questo problema rappresenta una parte consistente della letteratura scientifica in ambito di ottimizzazione. In questo elaborato si andranno a definire le principali caratteristiche di un problema di Routing in forma base e nelle sue varianti principali. Si descriveranno le caratteristiche dei problemi di Routing incontrati da Optit S.r.l, un’azienda che opera nel settore dello sviluppo di soluzioni SW di ottimizzazione. Nel fare ciò, si cercherà di trovare sovrapposizione con quanto descritto in letteratura. Infine, si descriveranno alcuni solver Open-Source per risolvere problemi di Routing e si mostreranno i risultati da essi ottenuti su alcuni casi di interesse industriale.

Progettazione di una protesi personalizzata del muscolo temporale volta a ridurre il rischio di complicazioni post-operatorie

Il progetto di questa tesi si propone di realizzare una protesi sostitutiva del muscolo temporale la cui funzione principale è colmare il vuoto lasciato dal muscolo dopo la sua rimozione. A seguito di un’analisi sulla forma, sul materiale e le funzionalità della protesi attualmente utilizzata, vengono evidenziati i benefici che devono essere inclusi nel progetto e le debolezze a cui porre maggior attenzione e valutare possibili soluzioni. La protesi deve presentare una superficie esterna priva di discontinuità che potrebbero essere percepite al tatto in post operazione e una dimensione conforme al muscolo rimosso. Il progetto si propone di fissare alcuni punti chiave a cui dare risposta, una su tutte la tipologia di materiale utilizzato per garantire una buona integrazione dell’impianto con l’organismo umano. Il materiale utilizzato deve essere innanzitutto biocompatibile e viene valutato per la sua integrazione con l’organismo, la capacità di proteggere la parete laterale del cranio e per la sua consistenza il più possibile paragonabile al muscolo rimosso. È prioritario in questa tipologia di protesi evitare il ristagno di sangue tra l’intercapedine della protesi e la parete laterale del cranio, a tal fine è bene analizzare lo spessore del muscolo segmentato per delineare la soluzione migliore che possa rispondere a tale necessità. È importante verificare il bordo della protesi, è necessario che sia ben raccordato con la superficie esterna del cranio così da evitare uno scalino a seguito dell’operazione e ottenere un alto grado di soddisfazione del paziente. In questo contesto di protesi il grado di soddisfazione del paziente è importante. Il lato su cui viene impiantata la protesi deve risultare simmetrico al lato opposto. La protesi progettata è di tipo paziente-specifico, l’obbiettivo principale è riempire la cavità temporale ed evitare possibili complicazioni nel tempo in quanto la durata della protesi è correlata alla durata di vita del paziente.

Analisi morfologica e meccanica di strutture gerarchiche elettrofilate per la rigenerazione del tessuto tendineo e legamentoso

I tendini e i legamenti sono fondamentali per lo svolgimento dei movimenti e spesso sono soggetti a rotture o lesioni che rappresentano circa il 50% di tutto il sistema muscoloscheletrico. Il tessuto è poco cellularizzato per questo ad oggi non esistono dispositivi impiantabili, come protesi o innesti biologici in grado di riprodurre in maniera soddisfacente la struttura gerarchica e le proprietà meccaniche. Le tecniche attuali ossia quelle conservative e chirurgiche hanno significative limitazioni per questo i ricercatori stanno sviluppando strutture innovative, detti scaffold, per guidare le cellule nella rigenerazione del tessuto di interesse. Tra le varie tecnologie per produrre scaffold per i tendini e i legamenti, l’elettrofilatura è una delle più promettenti. Questa consente di produrre nanofibre dalle caratteristiche morfologiche e meccaniche simili alle fibrille di collagene di tendini e legamenti. Questo lavoro di tesi presenta la descrizione di procedure e metodi di produzione e caratterizzazione di strutture gerarchiche elettrofilate in acido poli-L-lattico e in acido poli-L-lattico e collagene. I bundles elettrofilati, in entrambi i materiali, sono in grado di replicare i fascicoli di collagene mentre gli scaffold gerarchici sono stati prodotti assemblando i bundles con una membrana elettrofilata, in grado di riprodurre fedelmente l’ epitenon/epiligament e l’endotenon/endoligament, riproducendo l’intera struttura gerarchica di tendini e legamenti. Gli scaffolds gerarchici sono stati prodotti assemblando i bundles con una membrana elettrofilata, in grado di riprodurre fedelmente l’epitenon/ epiligament e l’endotenon/endoligament. Tutte le strutture realizzate sono state analizzate e testate sia morfologicamente che meccanicamente per valutare la similitudine con i rispettivi tessuti biologici.

Sviluppo e sperimentazione di una tecnica a base regionale per la generazione di serie temporali di portata in sezioni fluviali non strumentate

La conoscenza del regime dei deflussi di un corso d’acqua è uno strumento imprescindibile in diverse applicazioni tecniche, dalla progettazione di opere idrauliche alla calibrazione di modelli afflussi-deflussi. Tuttavia, poiché questa informazione non è sempre disponibile, si sono sviluppati in letteratura metodi regionali in grado di trasferire il dato di portata disponibile su sezioni idrologicamente simili alla sezione di interesse. Nel presente lavoro di Tesi, è stato sviluppato un algoritmo di generazione di serie di deflussi sintetici per sezioni non strumentate a partire da serie osservate in sezioni ad esse sincrone nei deflussi. L’algoritmo sfrutta una curva di durata regionale relativa al sito di interesse, stimata attraverso il metodo della portata indice: la portata indice è valutata da un modello multiregressivo mentre la curva regionale adimensionale è ottenuta dalle osservazioni di portata in sezioni strumentate, applicando il criterio della Regione di Influenza. La tecnica è stata verificata su una sezione dell’asta principale del Fiume Marecchia (nell’Italia settentrionale), caratterizzata da limitate osservazioni idrometriche, sfruttando i dati osservati su bacini orientali della Regione Emilia-Romagna. Per l’applicazione del metodo del deflusso indice, si è reso necessario anche il reperimento di indici morfologici e climatici, estraendo solo quelli più rappresentativi del dataset. Inoltre, vista la brevità degli eventi di piena nel bacino del Marecchia, si è messa a punto una procedura per discretizzare a passo orario le portate ricostruite degli eventi più significativi, sulla base delle osservazioni orarie nei bacini strumentati. L’algoritmo mostra buone prestazioni nel replicare le portate osservate, specialmente le piene, mentre sottostima le portate medio-basse. L’accordo tra osservazioni e simulazioni si è rivelato pienamente soddisfacente per la sezione del Fiume Marecchia considerata nelle indagini.

Analisi del ritmo alpha in meccanismi di attenzione spaziale e semantica attraverso un modello di massa neuronale

L’analisi dell’attività cerebrale rivela la presenza di oscillazioni sincrone che coprono un ampio spettro di frequenze e che possono essere rilevate mediante elettroencefalografia (EEG), magnetoencefalografia (MEG) o elettrocorticografia (ECoG). Si presume che esse svolgano un ruolo cruciale in molti importanti processi della corteccia e nell’associazione tra diverse funzioni. Il presente lavoro si pone come obiettivo quello di dimostrare come il ruolo di questi ritmi, in particolare di alpha (8-13 Hz) e di gamma (> 30 Hz), sia fondamentale in meccanismi di attenzione spaziale e semantica. A questo scopo, sono stati perfezionati modelli di massa neuronale esistenti per svilupparne uno in grado di simulare i meccanismi alla base dell’ipotesi di “inhibition timing”, secondo la quale un aumento di potenza in banda alpha permette di ignorare input irrilevanti per il compito. Sono stati, poi, simulati meccanismi di neurodegenerazione causati dalla schizofrenia, patologia correlata ad alterazioni nella neurotrasmissione GABAergica e ad una riduzione nella sincronia e nella potenza della banda gamma, riconducibile ai deficit cognitivi tipici della malattia.

Elaborazione di immagini aeree per il monitoraggio del territorio

A causa dei cambiamenti climatici sempre più frequentemente si verificano disastri ambientali come frane, alluvioni e incendi. Il suolo italiano risente particolarmente di questi eventi, considerati molto gravosi, sia in termini di vite umane che in senso economico. Una soluzione affidabile e con tempi di risposta veloci per il rilevamento delle frane potrebbe migliorare la prevenzione di questi fenomeni. I tradizionali metodi di rilevamento aereo possono richiedere ingenti risorse finanziarie e necessitano di una fase di pianificazione dei voli che rischia di essere incompatibile con i tempi di risposta richiesti. Una possibile alternativa per risolvere i problemi della raccolta di immagini tramite aerei ed elicotteri potrebbe essere basata sull’uso di droni con a bordo videocamere e l'applicazione di algoritmi in grado di elaborare immagini in tempi veloci per individuare le aree soggette a dissesto idrogeologico. Riguardo all'elaborazione delle immagini, sono stati recentemente introdotti degli algoritmi che sembrano promettenti per identificare in maniera quasi immediata le frane grazie a piattaforme aeree sia piloate che autonome. In questo elaborato di tesi si propongono i risultati ottenuti da prove svolte su un modello di reti convoluzionali denominato U-Net e si fa una valutazione della sua efficacia nel riconoscimento automatico delle frane. I risultati ottenuti suggeriscono che la presente implementazione della rete potrebbe, però, presentare criticità nell'individuazione di frane in un'immagine. Per gli sviluppi futuri, si suggerisce di modificare la rete convoluzionale, oppure di utilizzare banche dati differenti per l'allenamento dell'algoritmo.

Valutazione della stabilità ossidativa di tre oli destinati all'alimentazione animale addizionati con antiossidanti sintetici e naturali

Al fine di produrre alimenti di origine animale in grado di soddisfare le richieste del consumatore da un punto di vista del valore nutrizione e della conservabilità del prodotto, si ricorre, in fase di formulazione dei mangimi, all’aggiunta di additivi tecnologici che possano stabilizzare il mangime, preservandolo dall’ossidazione lipidica. Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di valutare l’effetto antiossidante dell’olio essenziale di Rosmarinus officinalis, aggiunto a tre tipologie di olio (olio di lino, olio di salmone ed olio di germe di grano), confrontandolo con 3 additivi sintetici (il butilidrossianisolo (BHA), il butilidrossitoluene (BHT) e l’etossichina). Al fine di valutare l’effetto degli antiossidanti, i campioni di olio di controllo e quelli addizionati con i vari antiossidanti sono stati sottoposti a termossidazione in stufa a 60°C e campionati a 0, 7, 15 e 30 giorni. La stabilità ossidativa dei diversi oli è stata valutata mediante analisi compositive (acidi grassi totali e steroli totali) ed analisi dei composti primari (numero di perossidi) e secondari (composti volatili) dell’ossidazione.