Classificazione di brani musicali mediante reti neuronali artificiali

L'informatica musicale �� una disciplina in continua crescita che sta ottenendo risultati davvero interessanti con l'impiego di sistemi artificiali intelligenti, come le reti neuronali, che permettono di emulare capacit�� umane di ascolto e di esecuzione musicale. Di particolare interesse �� l'ambito della codifica di informazioni musicali tramite formati simbolici, come il MIDI, che permette un'analisi di alto livello dei brani musicali e consente la realizzazione di applicazioni sorprendentemente innovative. Una delle pi�� fruttifere applicazioni di questi nuovi strumenti di codifica riguarda la classificazione di file audio musicali. Questo elaborato si propone di esporre i fondamentali aspetti teorici che concernono la classificazione di brani musicali tramite reti neuronali artificiali e descrivere alcuni esperimenti di classificazione di file MIDI. La prima parte fornisce alcune conoscenze di base che permettono di leggere gli esperimenti presenti nella seconda sezione con una consapevolezza teorica pi�� profonda. Il fine principale della prima parte �� quello di sviluppare una comparazione da diversi punti di vista disciplinari tra le capacit�� di classificazione musicale umane e quelle artificiali. Si descrivono le reti neuronali artificiali come sistemi intelligenti ispirati alla struttura delle reti neurali biologiche, soffermandosi in particolare sulla rete Feedforward e sull'algoritmo di Backpropagation. Si esplora il concetto di percezione nell'ambito della psicologia cognitiva con maggiore attenzione alla percezione uditiva. Accennate le basi della psicoacustica, si passa ad una descrizione delle componenti strutturali prima del suono e poi della musica: la frequenza e l'ampiezza delle onde, le note e il timbro, l'armonia, la melodia ed il ritmo. Si parla anche delle illusioni sonore e della rielaborazione delle informazioni audio da parte del cervello umano. Si descrive poi l'ambito che interessa questa tesi da vicino: il MIR (Music Information Retrieval). Si analizzano i campi disciplinari a cui questa ricerca pu�� portare vantaggi, ossia quelli commerciali, in cui i database musicali svolgono ruoli importanti, e quelli pi�� speculativi ed accademici che studiano i comportamenti di sistemi intelligenti artificiali e biologici. Si descrivono i diversi metodi di classificazione musicale catalogabili in base al tipo di formato dei file audio in questione e al tipo di feature che si vogliono estrarre dai file stessi. Conclude la prima sezione di stampo teorico un capitolo dedicato al MIDI che racconta la storia del protocollo e ne descrive le istruzioni fondamentali nonch�� la struttura dei midifile. La seconda parte ha come obbiettivo quello di descrivere gli esperimenti svolti che classificano file MIDI tramite reti neuronali mostrando nel dettaglio i risultati ottenuti e le difficolt�� incontrate. Si coniuga una presentazione dei programmi utilizzati e degli eseguibili di interfaccia implementati con una descrizione generale della procedura degli esperimenti. L'obbiettivo comune di tutte le prove �� l'addestramento di una rete neurale in modo che raggiunga il pi�� alto livello possibile di apprendimento circa il riconoscimento di uno dei due compositori dei brani che le sono stati forniti come esempi.

Implementazione automatica di protocolli di interazione AUML mediante reti di Petri

Questa tesi si basa su una serie di lavori precedenti, volti ad analizzare la correlazione tra i modelli AUML e le reti di Petri, per riuscire a fornire una metodologia di traduzione dai primi alle seconde. Questa traduzione permetter�� di applicare tecniche di model checking alle reti cos�� create, al fine di stabilire le propriet�� necessarie al sistema per poter essere realizzato effettivamente. Verr�� poi discussa un'implementazione di tale algoritmo sviluppata in tuProlog ed un primo approccio al model checking utilizzando il programma Maude. Con piccole modifiche all'algoritmo utilizzato per la conversione dei diagrammi AUML in reti di Petri, �� stato possibile, inoltre, realizzare un sistema di implementazione automatica dei protocolli precedentemente analizzati, verso due piattaforme per la realizzazione di sistemi multiagente: Jason e TuCSoN. Verranno quindi presentate tre implementazioni diverse: la prima per la piattaforma Jason, che utilizza degli agenti BDI per realizzare il protocollo di interazione; la seconda per la piattaforma TuCSoN, che utilizza il modello A&A per rendersi compatibile ad un ambiente distribuito, ma che ricalca la struttura dell'implementazione precedente; la terza ancora per TuCSoN, che sfrutta gli strumenti forniti dalle reazioni ReSpecT per generare degli artefatti in grado di fornire una infrastruttura in grado di garantire la realizzazione del protocollo di interazione agli agenti partecipanti. Infine, verranno discusse le caratteristiche di queste tre differenti implementazioni su un caso di studio reale, analizzandone i punti chiave.

La piattaforma BTSSOC-Cellulat per la simulazione di sistemi biochimici

Il lavoro svolto in questa tesi verte sullo sviluppo e l'integrazione del modello teorico conosciuto come Biochemical Tuple Spaces for Self-Organizing Coordination, in breve BTSSOC, in una piattaforma completa, chiamata BTSSOC-Cellulat, per la simulazione di sistemi biochimici, sviluppata utilizzando i linguaggi Java, Prolog, TuCSoN e ReSpecT.

Connessione di sitemi a microcontrollore con reti geografiche

Fra le varie ragioni della crescente pervasivit�� di Internet in molteplici settori di mercato del tutto estranei all���ICT, va senza dubbio evidenziata la possibilit�� di creare canali di comunicazione attraverso i quali poter comandare un sistema e ricevere da esso informazioni di qualsiasi genere, qualunque distanza separi controllato e controllore. Nel caso specifico, il contesto applicativo �� l���automotive: in collaborazione col Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell���Universit�� di Bologna, ci si �� occupati del problema di rendere disponibile a distanza la grande quantit�� di dati che i vari sotto-sistemi componenti una automobile elettrica si scambiano fra loro, sia legati al tipo di propulsione, elettrico appunto, come i livelli di carica delle batterie o la temperatura dell���inverter, sia di natura meccanica, come i giri motore. L���obiettivo �� quello di permettere all���utente (sia esso il progettista, il tecnico riparatore o semplicemente il proprietario) il monitoraggio e la supervisione dello stato del mezzo da remoto nelle sue varie fasi di vita: dai test eseguiti su prototipo in laboratorio, alla messa in strada, alla manutenzione ordinaria e straordinaria. L���approccio individuato �� stato quello di collezionare e memorizzare in un archivio centralizzato, raggiungibile via Internet, tutti i dati necessari. Il sistema di elaborazione a bordo richiede di essere facilmente integrabile, quindi di piccole dimensioni, e a basso costo, dovendo prevedere la produzione di molti veicoli; ha inoltre compiti ben definiti e noti a priori. Data la situazione, si �� quindi scelto di usare un sistema embedded, cio�� un sistema elettronico di elaborazione progettato per svolgere un limitato numero di funzionalit�� specifiche sottoposte a vincoli temporali e/o economici. Apparati di questo tipo sono denominati ���special purpose���, in opposizione ai sistemi di utilit�� generica detti ���general purpose��� quali, ad esempio, i personal computer, proprio per la loro capacit�� di eseguire ripetutamente un���azione a costo contenuto, tramite un giusto compromesso fra hardware dedicato e software, chiamato in questo caso ���firmware���. I sistemi embedded hanno subito nel corso del tempo una profonda evoluzione tecnologica, che li ha portati da semplici microcontrollori in grado di svolgere limitate operazioni di calcolo a strutture complesse in grado di interfacciarsi a un gran numero di sensori e attuatori esterni oltre che a molte tecnologie di comunicazione. Nel caso in esame, si �� scelto di affidarsi alla piattaforma open-source Arduino; essa �� composta da un circuito stampato che integra un microcontrollore Atmel da programmare attraverso interfaccia seriale, chiamata Arduino board, ed offre nativamente numerose funzionalit��, quali ingressi e uscite digitali e analogici, supporto per SPI, I2C ed altro; inoltre, per aumentare le possibilit�� d���utilizzo, pu�� essere posta in comunicazione con schede elettroniche esterne, dette shield, progettate per le pi�� disparate applicazioni, quali controllo di motori elettrici, gps, interfacciamento con bus di campo quale ad esempio CAN, tecnologie di rete come Ethernet, Bluetooth, ZigBee, etc. L���hardware �� open-source, ovvero gli schemi elettrici sono liberamente disponibili e utilizzabili cos�� come gran parte del software e della documentazione; questo ha permesso una grande diffusione di questo frame work, portando a numerosi vantaggi: abbassamento del costo, ambienti di sviluppo multi-piattaforma, notevole quantit�� di documentazione e, soprattutto, continua evoluzione ed aggiornamento hardware e software. �� stato quindi possibile interfacciarsi alla centralina del veicolo prelevando i messaggi necessari dal bus CAN e collezionare tutti i valori che dovevano essere archiviati. Data la notevole mole di dati da elaborare, si �� scelto di dividere il sistema in due parti separate: un primo nodo, denominato Master, �� incaricato di prelevare dall���autovettura i parametri, di associarvi i dati GPS (velocit��, tempo e posizione) prelevati al momento della lettura e di inviare il tutto a un secondo nodo, denominato Slave, che si occupa di creare un canale di comunicazione attraverso la rete Internet per raggiungere il database. La denominazione scelta di Master e Slave riflette la scelta fatta per il protocollo di comunicazione fra i due nodi Arduino, ovvero l���I2C, che consente la comunicazione seriale fra dispositivi attraverso la designazione di un ���master��� e di un arbitrario numero di ���slave���. La suddivisione dei compiti fra due nodi permette di distribuire il carico di lavoro con evidenti vantaggi in termini di affidabilit�� e prestazioni. Del progetto si sono occupate due Tesi di Laurea Magistrale; la presente si occupa del dispositivo Slave e del database. Avendo l���obiettivo di accedere al database da ovunque, si �� scelto di appoggiarsi alla rete Internet, alla quale si ha oggi facile accesso da gran parte del mondo. Questo ha fatto s�� che la scelta della tecnologia da usare per il database ricadesse su un web server che da un lato raccoglie i dati provenienti dall���autovettura e dall���altro ne permette un���agevole consultazione. Anch���esso �� stato implementato con software open-source: si tratta, infatti, di una web application in linguaggio php che riceve, sotto forma di richieste HTTP di tipo GET oppure POST, i dati dal dispositivo Slave e provvede a salvarli, opportunamente formattati, in un database MySQL. Questo impone per�� che, per dialogare con il web server, il nodo Slave debba implementare tutti i livelli dello stack protocollare di Internet. Due differenti shield realizzano quindi il livello di collegamento, disponibile sia via cavo sia wireless, rispettivamente attraverso l���implementazione in un caso del protocollo Ethernet, nell���altro della connessione GPRS. A questo si appoggiano i protocolli TCP/IP che provvedono a trasportare al database i dati ricevuti dal dispositivo Master sotto forma di messaggi HTTP. Sono descritti approfonditamente il sistema veicolare da controllare e il sistema controllore; i firmware utilizzati per realizzare le funzioni dello Slave con tecnologia Ethernet e con tecnologia GPRS; la web application e il database; infine, sono presentati i risultati delle simulazioni e dei test svolti sul campo nel laboratorio DIE.

Sviluppo di un ambiente virtuale per la simulazione della evacuazione dei passeggeri dagli aeromobili da trasporto

Presentazione dello sviluppo di un ambiente grafico per la simulazione dell'evacuazione dei passeggeri dagli aeromobili dell'aviazione civile in seguito a situazioni di emergenza.

Simulazione CAD dell'impingement articolare con protesi d'anca convenzionale e a conservazione di collo in funzione dei principali parametri chirurgici e anatomici

Lo scopo del lavoro �� quello di verificare tramite software CAD l���influenza dei principali parametri chirurgici e anatomici sul Range Of Motion (ROM). Sono stati costruiti 5 modelli, uno di articolazione sana(Senza Protesi), uno di protesi Convenzionale e tre di protesi Conservative o a Conservazione (Totale, Media e Bassa Conservazione). Per tutti i modelli sono state simulate le rotazioni di base e i cosiddetti movimenti critici, ovvero quei movimenti a rischio di lussazione. Le prove sono state eseguite per teste da 28-,32-,36-,40mm di diametro, e con la coppa orientata di 45�� in abduzione e 15�� gradi in antiversione prima e successivamente di 45�� e 0��. Inoltre, per verificare l���influenza dell���offset sul ROM, sono stati costruiti e simulati i movimenti per altri 5 modelli che non conservassero il vincolo del mantenere l���offset anatomico. Variando il diametro della testa si registrano differenze apprezzabili in termini di ROM solo per i movimenti di Estensione e Abduzione per il modello di Protesi Convenzionale e di Abduzione per il modello a Bassa Conservazione. Variando il livello di resezione del collo si �� visto come per i modelli di protesi a Media Conservazione, Bassa Conservazione e Convenzionale si misurano angoli superiori a quello del riferimento tratto dalla Letteratura. Diversamente per il modello di Protesi a Totale Conservazione i valori ottenuti per alcuni movimenti sono inferiori, poich�� limitati da un contatto di tipo c-b. Le simulazioni dei movimenti critici confermano la tendenza di un ROM accettabile per i modelli di protesi a Bassa Conservazione e di protesi Convenzionale, i quali forniscono escursioni angolari sempre superiori a quelle prese come riferimento dalla Letteratura. Invece, le protesi a Totale e Media Conservazione forniscono valori inferiori al riferimento per i movimenti di Pivot e Roll, essendo limitati dall���antiversione della coppa (movimenti di ExtraRotazione e contatto c-b). Variando la posizione della coppa a 45��/0�� i due movimenti Critici Pivot e Roll migliorano per i modelli a Totale e Media Conservazione, tornando in linea con il riferimento. Riguardo l���offset si nota come pi�� si avvicina a quello anatomico che misura 46,2mm (da 37 a 44mm), pi�� si riscontra un aumento in termini di ROM.

Analisi e simulazione FEM del processo di infusione sottovuoto "VARI" di una passerella nautica

Tesi svolta presso l'azienda ���Riba composites S.r.l.��� con lo scopo di riprogettare una passerella nautica utilizzata in imbarcazioni a vela da competizione, attualmente realizzata mediante formatura in autoclave di tessuti pre-impregnati, per il processo produttivo di Vacuum Assisted Resin Injection (VARI). La formatura in autoclave di tessuti pre-��impregnati �� una delle tecnologie pi�� onerose, tra i vari processi produttivi nel settore dei materiali compositi, ma assicura propriet�� meccaniche e livelli estetici superlativi. L���obiettivo della Riba Composites �� ridurre i costi di produzione per offrire un prodotto dalle propriet�� analoghe a un prezzo pi�� competitivo. Nella fase di riprogettazione ci siamo affidati a un software di calcolo agli elementi finiti che simula il processo del VARI, l���applicativo PAM-��RTM, del gruppo ESI. Al fine di ottenere una simulazione quanto pi�� precisa possibile del processo, abbiamo realizzato molteplici prove sperimentali per ricavare i valori di compressibilit�� e permeabilit�� dei rinforzi da inserire nel software FEM.

Impianti per la generazione distribuita di biometano e per l'immissione nelle reti di distribuzione del gas naturale.

Studio dell'avvento di nuove realt�� produttive energetiche da fonti rinnovabili nel settore del gas naturale. Il settore analizzato risulta quello relativo all'allacciamento di impianti di produzione di biometano alla rete del gas naturale. La finalit�� �� la valutazione degli effetti della generazione distribuita di biometano nel futuro sistema del gas naturale (Smart Grid Gas) in termini di progettazione e conduzione del sistema nel suo complesso.