Studio e sperimentazione di missioni autonome di un veicolo terrestre controllato con sistemi inerziali e satellitari

L'argomento del lavoro di tesi svolto ha lo scopo di testare le prestazioni di dispositivi riceventi per Global Navigation Satellite System (GNSS) che utilizzano la tecnologia di posizionamento Real-Time Kinematics (RTK) e valutarne le prestazioni rispetto alle tradizionali riceventi GNSS, nello sviluppo di missioni autonome per veicoli di terra di piccole dimensioni. Per questi esperimenti è stato usato un rover di piccole dimensioni alimentato a batteria, su cui è stato installato un autopilota Pixhawk Cube Orange con firmware Ardupilot, nello specifico Ardurover. Attraverso il software Mission Planner è stato richiesto al rover di effettuare completamente in autonomia delle missioni per testare sia le prestazioni dei sistemi GNSS tradizionali sia dei sistemi RTK. Attraverso i dati raccolti durante le sperimentazioni è stato fatto un confronto tra GNSS e RTK. I dati raccolti sono stati utilizzati per valutare le prestazioni in termini di precisione dei sistemi e non sono state rilevate significative differenze durante l'utilizzo del dispositivo RTK per lo svolgimento della missione richiesta al rover, con l'architettura hardware proposta.

Protezione della privacy nei servizi location-based tramite computazione locale

Utilizzando un servizio basato sulla posizione milioni di utenti acconsentono ogni giorno all'utilizzo e alla memorizzazione, da parte delle aziende fornitrici, dei propri dati personali. La legislazione attuale consente agli utilizzatori di questi servizi un discreto grado di protezione attraverso l'anonimizzazione dei dati. Esistono tuttavia situazioni in cui queste informazioni sono a rischio: se un malintenzionato dovesse penetrare con successo nel server in cui questi dati sono memorizzati potrebbe comunque essere in grado di accedere ai dati sensibili di un utente. Attraverso alcune tecniche, infatti, è possibile risalire a chi sono riferite le informazioni attraverso dei quasi-identifier. La soluzione può essere di approssimare i dati sulla posizione di un utente in modo da non offrire una visione troppo precisa a un possibile avversario nel caso in cui esso riesca a recuperarli. Allo scopo di comprendere i parametri con cui offuscare l'utente è stato scritto uno script in grado di simulare l'attività di diversi utenti circolanti per la città di New York. Questi ultimi simuleranno delle richieste ad un ipotetico servizio basato sulla posizione ad intervalli regolari. Queste richieste simulano il refresh automatico che uno smartphone compie. Attraverso i dati di queste ultime sarà possibile capire quali utenti si trovino in prossimità l'uno dell'altro, in modo da confondere le reciproche informazioni. Questo sistema fa sì che un avversario veda ridotte le sue possibilità di risalire ai dati relativi all'utente. Al ridursi dell'intervallo di esecuzione delle query si avrà un percorso più definito che però comporterà una maggiore quantità di dati recuperati. All'aumentare del raggio si avrà una maggiore incertezza nella posizione che ridurrà però il valore che i dati portano per un fornitore di servizi. Bilanciare quindi il valore economico dei dati e la protezione a cui è sottoposto un utente è fondamentale per comprendere i valori di offuscamento utilizzabili.

LoRa Mesh: un caso di studio per la comunicazione tra imbarcazioni da diporto

Il progetto è stato sviluppato con l’idea di creare una rete attraverso la quale imbarcazioni da diporto relativamente vicine (10km), si possano scambiare informazioni sullo stato del mare e della navigazione, anche in assenza di una connessione a internet. In tal modo i dati dell’imbarcazione, come temperatura esterna, temperatura dell’acqua, vento, coordinate gps, AIS ecc... verrebbero condivisi attraverso la rete. In questo progetto è stata sviluppata un'infrastruttura in grado di far comunicare imbarcazioni da diporto su bande non licenziate, utilizzando solo materiale OpenSource, in particolare un protocollo chiamato LoRaMesh. Tale infrastruttura, non basandosi su uno standard definito, ha la possibilità di adattarsi a qualsiasi tipo di dato. Tutto il progetto si basa su schede PyCom, ed è stato sviluppato del codice in grado di fornire uno scambio di dati costante e un’interfacci BLE per comunicare con più dispositivi possibili. Per fornire un’esempio di come ci si può connettere con il BLE è stata scritta un’app per IOS che fornisce varie funzionalità, tra cui la possibilità di inviare dati GPS, molto utile per l’esecuzione dei vari test. Sono state svolte varie prove, in diversi luoghi e condizioni, utili a capire la portata massima dei dispositivi, e come la rete mesh si adatta e ripara.

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.

Scaffold piezoelettrici in PVDF/PCL per la rigenerazione del tessuto nervoso periferico

Le lesioni del sistema nervoso periferico, causate da eventi traumatici o da patologie degenerative, costituiscono un danno che può portare alla perdita di specifiche funzionalità motorie o sensoriali. In questi casi, la terapia chirurgica è necessaria per riparare la perdita di continuità assonale. Il gold standard operatorio attuale è costituito dal trapianto nella sede lesionata di un nervo da donatore o dallo stesso soggetto affetto dal danno. Recentemente, un approccio basato su tecniche di ingegneria dei tessuti propone l’impianto di biomateriali modellati come condotti che favoriscano la rigenerazione assonale. Ne è un esempio chiaro un recente lavoro di ricerca, nel quale Cheng et al. propongono una strategia basata sull’impiego di scaffold piezoelettrici prodotti attraverso una tecnica di "casting annealing displacement " che utilizza Polivinilidenfluoruro (PVDF) e Policaprolattone (PCL). Confrontando in vitro scaffold in PCL, in PVDF e PCL/PVDF, in particolare analizzandone le proprietà piezoelettriche e quelle meccaniche, si rilevano i vantaggi della copolimerizzazione. Questi risultati di interesse vengono inoltre confermati dai risultati funzionali ottenuti con l’impianto in vivo in topi con una lesione di 15 mm al nervo sciatico.

A medical imaging-based approach for total shoulder replacement

Ogni anno in Italia, migliaia di protesi convenzionali vengono impiantate con successo in pazienti affetti da artrosi alla spalla, tuttavia è stato dimostrato che questa tipologia di protesi non funziona in quei pazienti che soffrono contemporaneamente anche di grandi lesioni alla cuffia dei rotatori, ricorrendo successivamente a un impianto di protesi di spalla inversa. La scelta sul miglior tipo di protesi da parte del chirurgo è quindi fondamentale e necessaria per evitare futuri stress e operazioni al paziente. Nel corso degli anni si è fatto affidamento a protocolli che non considerano in maniera specifica la componente tissutale ossea. In questa tesi si cerca di dimostrare che attraverso l’utilizzo delle immagini mediche è possibile ricavare dati e grafici specifici sulla componente ossea del paziente per ottimizzare poi la scelta della protesi da parte del chirurgo e la fase pre/intra operatoria.

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.

PIATTAFORMA DI DATA VISUALIZATION GUIDATA DALLA MODELLAZIONE STATISTICA DEI DATI Applicazione a dati sanitari di pazienti oncologici della regione Emila-Romagna

Una gestione, un’analisi e un’interpretazione efficienti dei big data possono cambiare il modello lavorativo, modificare i risultati, aumentare le produzioni, e possono aprire nuove strade per l’assistenza sanitaria moderna. L'obiettivo di questo studio è incentrato sulla costruzione di una dashboard interattiva di un nuovo modello e nuove prestazioni nell’ambito della Sanità territoriale. Lo scopo è quello di fornire al cliente una piattaforma di Data Visualization che mostra risultati utili relativi ai dati sanitari in modo da fornire agli utilizzatori sia informazioni descrittive che statistiche sulla attuale gestione delle cure e delle terapie somministrate. Si propone uno strumento che consente la navigazione dei dati analizzando l’andamento di un set di indicatori di fine vita calcolati a partire da pazienti oncologici della Regione Emilia Romagna in un arco temporale che va dal 2010 ad oggi.

Impossible Space circolare per favorire la locomozione naturale

In questa relazione di tesi verrà affrontato il problema della locomozione naturale in ambienti virtuali che possiedono una grandezza maggiore dello spazio reale nel quale l'utente si muove. Negli anni sono stati sviluppati numerosi metodi di navigazione, ma tra tutti la locomozione naturale è il sistema che porta un livello di immersione maggiore nello spazio virtuale, più di qualsiasi altra tecnica. In questo lavoro di tesi verrà proposto un algoritmo in grado di favorire la locomozione naturale all'interno di lunghi spazi chiusi, andando a modificare la geometria dello spazio virtuale (che andrà ad assumere una forma circolare) e mantendendo comunque un certo grado di realismo dal punto di vista dell'utente. L'obiettivo è quello di tradurre uno spazio virtuale chiuso e lungo (caso comune: un corridoio) in una forma circolare inscritta in una stanza di 2x2m, con un approccio simile a quello degli impossible spaces, con l'obiettivo di studiare in futuro entro quale percentuale di sovrapposizione l'utente si accorge di trovarsi in una geometria impossibile. Nel primo capitolo verranno introdotti i concetti chiave di VR e AR, nonché un'introduzione all'Engine Unity e al software Blender. Nel secondo capitolo si tratterà di computer graphics, quindi si introdurranno i concetti base della grafica 3D con un focus sulla matematica alla base di ogni processo grafico. Nel terzo capitolo verrà affrontano il concetto di embodiment, quindi la percezione del proprio corpo, l'importanza dell'immersitvità dei sistemi virtuali e verrà descritto un paper precedentemente realizzato riguardante tale concetto. Nel capitolo quattro si parlerà del movimento all'interno dei sistemi di realtà virtuale, della locomozione naturale e delle tecniche per rendere tale metodo più accessibile. Nel capitolo cinque infine verrà descritto l'algoritmo realizzato e verranno mostrati i risultati.

Inquinamento ed Emissioni di CO2 in Ambito Navale

La navigazione rappresenta una delle principali fonti di sostanze inquinanti e climalteranti. In Europa, il settore del trasporto marittimo è responsabile di oltre il 40% delle emissioni totali di CO2, oltre che di migliaia di tonnellate di altri inquinanti. Da tempo, il progresso tecnologico mostra la volontà di indirizzare il settore navale verso imbarcazioni meno inquinanti; tuttavia, non è ancora chiaro quali tipologie di tecnologie siano più ecosostenibili. Questo studio cerca di chiarire quali siano le principali cause riguardanti l’inquinamento navale e quali potranno essere le soluzioni sostenibili per il futuro.

Il trattamento riabilitativo e il recupero precoce dopo intervento di “wedge resection” polmonare per secondarismi da tumore osseo: uno studio osservazionale

Background. Il recupero funzionale precoce dopo intervento di wedge resection polmonare non è studiato in maniera approfondita, in particolare, sono carenti i dati relativi al recupero postoperatorio precoce dei pazienti sottoposti a tele procedura chirurgica in seguito a metastasi polmonari per tumore osseo primitivo. Obiettivo. Lo scopo di questo studio osservazionale è quello di descrivere il percorso fisioterapico dopo intervento di wedge resection polmonare, evidenziando il possibile recupero funzionale nel breve termine e ricercandone i possibili fattori prognostici. Metodi. Per valutare il recupero funzionale si è utilizzato il 1 minute sit to stand test (1MSTS), che è stato somministrato in sesta giornata postoperatoria. Per descrivere l’andamento del recupero il test è stato somministrato in fase preoperatoria e in tutte le giornate postoperatorie. Sono state condotte analisi di univariata per valutare l’associazione delle variabili demografiche, anamnestiche e cliniche con l’outcome primario. Risultati. Sono stati reclutati 13 pazienti, per un totale di 17 osservazioni poiché alcuni pazienti hanno ripetuto l’operazione. Nella sesta giornata il 41,2% dei pazienti aveva eseguito lo stesso o un numero maggiore di verticalizzazioni del 1MSTS fatte nella fase preoperatoria. Nella sesta giornata postoperatoria il 100% dei pazienti era riuscito ad eseguire il 1MSTS almeno una volta dopo l’intervento. All’outcome primario risultavano associarsi con una significatività statistica il livello di autonomia, misurato con la TESS, (p=0,01) e il 1MSTS (p=0,001) misurati nella fase preoperatoria. Conclusioni. Il recupero funzionale postoperatorio è possibile fin dalle prime giornate postoperatorie per i pazienti sottoposti a wedge resection. Il livello di autonomia e il numero di verticalizzazioni del 1MSTS eseguite in fase preoperatoria sono possibili fattori prognostici del recupero funzionale postoperatorio.

Efficacia del trattamento conservativo in soggetti affetti da groin pain: una revisione sistematica della letteratura

Background: il groin pain è un dolore riferito in un’area che è delimitata medialmente dalla sinfisi pubica, superiormente dal basso addome, lateralmente dalla spina iliaca antero-superiore e inferiormente dalla porzione mediale della coscia. Una sindrome composta da patologie multiple e, per quanto sia diffusa a livello di casistica di infortunio, si tratta di una delle lesioni meno comprese e poco spiegate in chirurgia generale e ortopedia. In questo scenario, colpisce prevalentemente il giovane sportivo causando dolore e interruzione della pratica sportiva. Obiettivi: valutare l’efficacia della gestione conservativa su dolore e ritorno all’attività sportiva in pazienti con problematiche e lesioni nella zona pubico- inguinale. Materiali e metodi: la ricerca è stata condotta su due banche dati: PubMed e Cochrane Library. Non è stato impostato il filtro lingua; sono stati inclusi studi di trattamento in atleti con dolore all’inguine, studi randomizzati controllati, studi clinici controllati e serie di casi. Risultati: il trattamento conservativo si è rivelato sicuro ed efficace nella gestione del dolore all’inguine con un buon numero di atleti che è riuscito a tornare all’attività sportiva. Tuttavia secondo gli studi presi in considerazione, il trattamento chirurgico risulta più efficace in termini di tempi di recupero; per cui spesso viene utilizzato dopo il fallimento della terapia conservativa nell’atleta. Conclusioni: nella gestione dei pazienti affetti da groin pain come primo approccio si deve sempre preferire l’approccio conservativo rispetto al chirurgico, in quanto meno invasivo e comunque riporta buone evidenze scientifiche per quanto riguarda l’efficacia. Qualora questo non riportasse miglioramenti evidenti al termine di un periodo di cura di qualche settimana, si può procedere all’operazione chirurgica secondo la tecnica (chirurgica) giudicata più idonea alla situazione.

Gamification e User eXperience: uno studio per Casa Bufalini

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è, quindi, quello di studiare delle soluzioni all'avanguardia ed effettuare la progettazione di un nuovo modulo innovativo di una web app attualmente in uso sul sito #Cesenadavivere di Casa Bufalini. Quest'ultima dovrà essere in grado di introdurre la navigazione di percorsi in modalità gaming, cioè tramite funzioni di riconoscimento automatico di punti di interesse come monumenti, edifici o stanze, a partire da immagini di elementi che li caratterizzano. Il progetto prevede anche di analizzare lo stato dell'arte dello sviluppo della web app e definirne al meglio l'evoluzione. Per renderlo possibile è necessario uno studio approfondito dello stato dell'arte di User Experience e Gamification. Queste due materie vengono sempre più utilizzate nella progettazione di applicazioni e tecnologie di contesti non di gioco, con il fine di aumentare il coinvolgimento degli utenti e migliorando la qualità del prodotto finale. Infatti, queste tecniche sono tutt'altro che utilizzate per il solo scopo di gioco, ma hanno il compito di rendere più fruibili e coinvolgenti le partecipazioni o utilizzi delle persone. L'obiettivo finale è quello di realizzare e proporre la realizzazione di un prototipo dell'interfaccia grafica che successivamente verrà valutata con un coinvolgimento di utenti target. Il risultato atteso sarà ottenere la migliore interfaccia grafica per soddisfare le necessità date dalla scelta delle possibili tecnologie da utilizzare. Queste necessità verranno prima ipotizzate dallo studio dello stato dell'arte delle materie e della piattaforma e poi verranno successivamente convalidate tramite dei test, i quali verranno effettuati cercando di coinvolgere un numero che vada da minimo cinque a dieci persone.

Ricerca di documenti e frammenti rilevanti in una base documentale: analisi delle interfacce

La ricerca di documenti rilevanti è un task fondamentale, può avvenire tramite ambienti chiusi, come le biblioteche digitali o tramite ambienti aperti, come il World Wide Web. Quello che analizzeremo in questo progetto di tesi riguarderà le interfacce per mostrare i risultati di ricerca su una collezione di documenti. L'obiettivo, tuttavia, non è l'analisi dei motori di ricerca, ma analizzare i diversi meccanismi che permettono di visualizzare i risultati. Vedremo, inoltre, le diverse visualizzazioni rilevanti nella ricerca di informazioni sul web, in particolare parleremo di visualizzazioni nello spazio, messe a confronto con la classica visualizzazione testuale. Analizzeremo anche la classificazione in una collezione di documenti, oltre che la personalizzazione, ovvero la configurazione della visualizzazione a vantaggio dell'utente. Una volta trovati i documenti rilevanti, analizzeremo i frammenti di testo come, gli snippet, i riassunti descrittivi e gli abstract, mettendo in luce il modo in cui essi aiutato l'utente a migliorare l'accesso a determinati tipi di risultati. Infine, andremo ad analizzare le visualizzazioni di frammenti rilevanti all'interno di un testo. In particolare presenteremo le tecniche di navigazione e la ricerca di determinate parole all'interno di documenti, vale a dire le panoramiche di documenti e del metodo preferito dall'utente per cercare una parola.

Applicazione ROS 2 di un robot antropomorfo in esecuzione su container VxWorks in architettura IMA

L’elaborato di tesi discute del progetto di integrazione tra ROS 2, framework open-source per lo sviluppo di applicazioni robotiche, e VxWorks, sistema operativo in tempo reale (RTOS), attraverso l’utilizzo di container OCI compliant su VxWorks. L’integrazione è stata svolta all’interno dello stack software di IMA (Industria Macchine Automatiche). Il progetto ha dunque integrato ROS 2 Humble e VxWorks 7 permettendo l’utilizzo di costrutti software di ROS 2 su dei container in esecuzione a livello User su VxWorks. Successivamente è stata creata una applicazione di pick and place con un robot antropomorfo (Universal Robots Ur5e) avvalendosi di ROS 2 Control, framework per l’introduzione e gestione di hardware e controllori, e MoveIt 2, framework per incorporare algoritmi di motion-planning, cinematica, controllo e navigazione. Una volta progettata l’applicazione, il sistema è stato integrato all’interno dell’architettura di controllo di IMA. L’architettura a container VxWorks di IMA è stata estesa per il caso ROS 2, la comunicazione tra campo e applicazione ROS 2 è passata tramite il master EtherCAT e il modulo WebServer presenti nell’architettura IMA. Una volta eseguito il container ROS 2 posizione e velocità dei servo motori sono stati inviati tramite al WebServer di IMA sfruttando la comunicazione VLAN interna. Una volta ricevuto il messaggio, il WebServer si è occupato di trasferirlo al master EtherCAT che in aggiunta si è occupato anche di ottenere le informazioni sullo stato attuale del robot. L’intero progetto è stato sviluppato in prima battuta in ambiente di simulazione per validarne l’architettura. Successivamente si è passati all’installazione in ambiente embedded grazie all’ausilio di IPC sui quali è stato testato l’effettivo funzionamento dell’integrazione all’interno dell’architettura IMA.